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行業資訊
深入的了解光觸媒
簡介
1967年，日本東京大學的本多建一教授和博士班學生藤島昭發現，用光照射二氧化鈦電極可進行水的電解反應。這就是著名的“本多-藤島效應”。
日本將類似這種可在光照下出現光催化效應的化學材料命名為“光觸媒”。
國際學名
（Photocatalyst）= 光（Photo）+ 催化劑（catalyst）。
故也可以稱光觸媒為光催化材料。
光觸媒
光觸媒在光的照射下，會產生類似光合作用的光催化反應，將空氣中的水或氧氣催化成氧化能力極強的羥基自由基（·OH）和超氧陰離子自由基（O2·）、活性氧（HO2·，H2O2）等具有極強氧化能力的光生活性基團，這些光生活性基團的能量相當于3600K的高溫，具有很強的氧化性，這些強氧化性基團可強效分解各種具有不穩定化學鍵的有機化合物和部分無機物，并可破壞細菌的細胞膜和凝固病毒的蛋白質載體。、
光觸媒是一種以納米級二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱，它涂布于基材表面，干燥后形成薄膜，在光線的作用下，產生強烈催化降解功能：能有效地降解空氣中有毒有害氣體；能有效殺滅多種細菌，抗菌率高達99.99％，并能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理；同時還具備除臭、抗污等功能。
主要原料
光觸媒材料主要有納米TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等，2000年以來又發現一些納米貴金屬（鉑、銠、鈀等）具有更好的光催化性能，但由于其中大多數易發生化學或光化學腐蝕，而貴金屬成本則過高，都不適合作為家居凈化空氣用光催化劑。
在所有的光觸媒材料中，納米TiO2不僅具有很高的光催化活性，且具有耐酸堿腐蝕、耐化學腐蝕、無毒等優點，價格也適中，具有較高的性價比，因而市場上大多使用納米二氧化鈦作為主要原材料。
納米二氧化鈦（TiO2）是一種半導體，主要有銳鈦型（Anatase），金紅石型（Rutile）及板鈦型（Brookite）三種晶體結構，其中：
板鈦型晶體穩定性差，一般認為不具備光催化活性。
銳鈦型晶體具有比金紅石型晶體更強的光催化性能，耐候性和附著性也很好，納米無機包覆穩定，市場價格高于金紅石型晶體。
納米氧化鋅（ZnO）粒徑介于1-100 nm之間，是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品，表現出許多特殊的性質，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。在橡膠、陶瓷、紡織、印染、國防工業領域具有廣泛的應用。
納米二氧化鋯（ZrO2）呈高純度白色粉末狀，無臭、無味。低溫時為單斜晶系，高溫時為四方晶型。具有高的折射率（折射率2.2）和耐高溫性。有良好的熱化學穩定性、高溫導電性和較高的高溫強度和韌性，具有良好的機械、熱學、電學、光學性質。其中HT-ZrO-01為單斜晶型，HT-ZrO-02為四方晶型。納米氧化鋯顆粒尺寸微小、是很穩定的氧化物，具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫的性能，可用于功能陶瓷和結構陶瓷，以及寶石材料。
光觸媒 - 作用原理
光觸媒在特定波長段的光照射下，會產生類似植物中葉綠素光合作用的一系列能量轉化過程，把光能轉化為化學能而賦予光觸媒表面很強的氧化能力，可氧化分解各種有機化合物和礦化部分無機物，并具有抗菌的作用。在光照射下，光觸媒能吸收相當于帶隙能量以下的光能，使其表面發生激勵而產生電子(e-) 和空穴(h+)。這些電子和空穴具有很強的還原和氧化能力，能與水或容存的氧反應，產生氫氧根自由基（?OH）和負氧離子（?O ）。如表1所示，這些空穴和氫氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很強的氧化能力，幾乎能將所有構成有機物分子的化學鍵切斷分解。因此可以將各種有害化學物質、惡臭物質分解或無害化處理，達到凈化空氣、抗污除臭的作用。
表1：各種化學鍵的氧化能
化學鍵 正孔和氫氧根自由基 碳-碳鍵 碳-氫鍵 碳-氮鍵 碳-氧鍵 氧-氫鍵 氮-氫鍵。氧化能（kcal/mol） >120 83 99 73 84 111 93此外，如表2所示，氫氧根自由基比作為消毒殺菌劑被廣泛使用的次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能力，二氧化鈦通過這種氧化能力破壞了細胞內的輔酶A等輔酶和呼吸作用酶等發揮抗菌作用而使細菌或真菌的繁殖中止；同時當帶正電荷的空穴接觸到帶負電荷的微生物細胞后，依據庫倫引力，相互吸附，并有效地擊穿細胞膜，使細胞蛋白質變性，無法再呼吸、代謝和繁殖，直至細胞死亡，完成滅菌；并能將細菌或真菌釋放出的毒素分解。
表2：各種氧化劑的氧化電位
氧化劑 氧化電位（伏特） 相對氧化電位（對數值）
氫氧根自由基 2.80 2.05
氧原子 2.42 1.78
臭氧 2.07 1.52
雙氧水 1.77 1.30
雙氧自由基 1.70 1.25
次氯酸 1.49 1.10
氯氣 1.36 1.00
光觸媒 - 主要功能和特點
(1)全面性：光觸媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效廣譜的消毒性能，能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。
(2)持續性：在反應過程中，光觸媒本身不會發生變化和損耗，在光的照射下可以持續不斷的凈化污染物，具有時間持久、持續作用的優點。
(3)安全性：無毒、無害，對人體安全可靠；最終的反應產物為二氧化碳、水和其他無害物質，不會產生二次污染。
(4)高效性：光觸媒利用取之不盡的太陽能等光能就能將擴散了的環境污染物在低濃度狀態下清除凈化。
耐候性
光觸媒產品經受氣候的考驗，如物理磨損、冷熱、自身晶格缺陷等造成的綜合破壞，其耐受能力叫耐候性。
純凈的光觸媒粉末不具有實用性，很簡單，風一吹就沒了，所以必須做成粘合型的溶液，而且溶液干燥后會吸附在各類家具表面，不容易磨損及掉落。要實現這個性能，不添加黏合劑是做不到的，所以不含黏合劑的光觸媒溶液產品要么是炒作，要么就是干燥后會大量掉落。
純凈光觸媒在光照射下，除了能發生光催化反應外，還會發生光化學活性反應，這種光化學活性反應是由光觸媒內在晶格缺陷引起的，這種反應會釋放新生態氧[O]，新生態氧通過物質遷移，與光觸媒本身及家具表面材料進行反應，會導致物質有機聚合物氧化、降解，最終造成涂膜的粉化和失光，縮短其使用壽命，造成家具表面失色或斑駁。所以，必須要對光觸媒進行特殊工藝的無機包覆，從根本上解決光觸媒的光化學活性反應問題。
由上兩條可知，將光觸媒產品是否純凈，是否含有分散劑作為評價光觸媒性能是否優劣的標準是不科學的。
純凈的光觸媒只能吸收紫外光，可吸收可見光甚至遠紅外光的光觸媒必然螯合了其他活性催化材料。
有效接觸濃度
光觸媒本身是一種催化劑，不直接參與降解反應，它通過吸收光能把水或氧氣轉化成強氧化活性基團，而強氧化活性基團使空氣污染物降解，所以必須直接接觸到水分子或氧分子。
因而，在濃度因素中，決定光觸媒性能的是有效接觸濃度，即可以與水或空氣接觸的光觸媒濃度，而不是某一種產品的濃度。比如一塊二氧化鈦瓷磚，如果大量的二氧化鈦被封閉在瓷磚內部，就算濃度再高，又有什么意義呢？
在噴涂產品中，有效接觸濃度不僅與溶液中光觸媒濃度有關，而且與噴涂工具、噴涂手法等現場工藝有關。另外，與產品附著性也直接相關，如果干燥后出現大量剝落，就算初始“濃度”再高，又有什么意義？
而且一般光催化反應都是多相光催化過程，反應過程都在界面發生。光催化反應效率由催化劑自身的量子效率和反應過程條件兩個方面決定。光催化材料表面的微觀結構也很重要，它直接影響了光催化反應的效率。好的光催化材料微觀表面應該是粗糙的、凹凸不平的（以原子力顯微鏡微觀結構照片為準就像遍布隕石坑的月球表面），這樣可以增加捕捉甲醛、VOC等有機物氣體分子的機率，產生納米界面材料的二元協同效應進而增強降解凈化能力。
納米細度
根據不同光觸媒材質不同而不同，一般認為，納米細度大于50納米的光觸媒基本不具備光活性，30納米以下較佳。純凈光觸媒的納米細度可以做到5納米左右，但只能在紫外光條件下作用。螯合了活性催化元素的光觸媒一般分子直徑較大，因為螯合元素越多，直徑自然越大，當然，螯合越多，光波吸收范圍也越寬，螯合型光觸媒產品的最佳納米細度為8~10納米。
一般情況下，在相同光波吸收范圍下，光觸媒納米細度越小，催化性能越強，但納米細度也不可能無限降低，一是細度越小，制作成本越高，性價比不高，二是光具有波粒二象性，當材料納米細度少于一定程度后，會降低粒子性光能的吸收率，三是細度越小，后期越容易團聚。故優質光觸媒一般納米細度均為5~10納米。
負氧離子特性
光觸媒在進行光催化反應的時候，會產生超氧陰離子自由基（O2·），伴生負氧離子。但可以達到最佳的負氧離子釋放功效的光觸媒，必須是可吸收遠紅外光譜，只有這樣，白天、晚上及無光的櫥柜里，才可全天候釋放負氧離子。
作用
光觸媒作為新興的空氣凈化產品，越來越多的應用于車內的空氣凈化，如凈呼吸光觸媒等，主要有以下功能：
空氣凈化功能：
對甲醛、苯、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影響人類身體健康的有害有機物起到凈化作用。
負氧離子功效：
釋放負氧離子，中科院理化技術研究所對國內某光觸媒進行檢測后發現，使用優質光觸媒噴涂100平米建筑面積的房間，相當于種了25棵白樺樹的凈化效果。
殺菌功能：
對大腸桿菌、黃色葡萄球菌等具有殺菌功效。在殺菌的同時還能分解由細菌死體上釋放 出的有害復合物。
除臭功能：
對香煙臭、廁所臭、垃圾臭、動物臭等具有除臭功效。
防污功能：
防止油污、灰塵等產生。對浴室中的霉菌、水銹、便器的黃堿及鐵銹和涂染面褪色等 現象同樣具有防止其產生的功效。
凈化功能：
具有水污染的凈化及水中有機有害物質的凈化功能，且表面具有超親水性，有防霧、易 洗、易干的效能。
特點
全面性
光觸媒是目前國際上最安全和最潔凈的環境凈化材料，在歐美和日本、韓國等區域廣泛運用，美國宇航空間站凈化工程、海上油污降解工程和日本公交公司消毒工程均使用光觸媒進行處理。
光觸媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效廣泛的消毒性能，能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理。
持續性
在環境污染不嚴重的條件下，只要不磨損、不剝落，光觸媒本身不會發生變化和損耗，在光的照射下可以持續不斷的凈化污染物，具有時間持久、持續作用的優點。
但如果環境污染比較嚴重時，一些硫酸根和硝酸根離子會影響光觸媒的壽命和效果，會出現失活現象，可以通過相關技術工藝回復活性。
安全性
無毒、無害，對人體安全可靠；不會產生二次污染。
耐候性
一要看納米無機包覆技術是否過硬，包覆越穩定，內部光化學活性反應越微弱，越不容易老化剝落，也越不容易損壞家具，但包覆工藝越復雜，成本也越昂貴。
二要看添加劑黏度是否合適，但由于黏度較大的光觸媒不容易干燥，而且有粘性，用戶較難接受，因而很多廠家都往輕粘性方向發展，但時間長了容易掉落。
因而，不同的光觸媒性能差異很大，在選擇光觸媒凈化產品時，應多方面考慮家庭實際，選擇最合適的凈化方式。、
永久有效
光觸媒不是永動機，也不是恒久穩定的物質，它只是一種凈化材料，就連黃金也會隨時間磨損和氧化，更何況是二氧化鈦。從理論上來講光觸媒確實可以永久發揮作用。但在現實應用上還存在條件問題，光觸媒壽命長短跟3個因素直接相關：
物理磨損，
比如經常用粗糙物體擦洗，或尖銳物體在墻壁上劃了一下，但總體來說物理損害較小。
空氣中的某些氣體
（大氣污染較為嚴重的城市環境）如SO2可能被氧化成硫酸根離子，NO2可能被氧化成硝酸根離子，從而影響光觸媒的使用壽命和效果，從而出現光觸媒失活現象；失活后，可以通過相關技術工藝來回復活性。
光觸媒內部由于晶格缺陷
產生過強的光化學活性。光化學活性太強，會氧化降解有機物基材（如油漆、皮革、織物），使基材表面腐蝕、變色、粉化，光觸媒涂膜粉化、剝落，最終影響使用壽命。這個21世紀以來可以通過無機包覆技術解決。因此，我們一般把光觸媒稱為是半永久凈化材料，光觸媒有效期長短可參考日本公交系統的消毒制度，日本公交車使用光觸媒噴涂后，5年內可不進行其他消毒方式，由此可認為：
在公用場所，使用優質光觸媒噴涂后，凈化殺菌效果至少可保證5年。
光觸媒 - 光觸媒的作用
光觸媒原理圖
光觸媒作為一種新興的空氣凈化產品，主要有以下功能：
A.空氣凈化功能：對甲醛、苯、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影響從類身體健康的有害有機物起到凈化作用。
B.殺菌功能：對大腸桿菌、黃色葡萄球菌等具有殺菌功效。在殺菌的同時還能分解由細菌死體上釋放 出的有害復合物。
C.除臭功能：對香煙臭、廁所臭、垃圾臭、動物臭等具有除臭功效。
D.防污功能：防止油污、灰塵等產生。對浴室中的霉菌、水銹、便器的黃堿及鐵銹和涂染面褪色等 現象同樣具有防止其產生的功效。
E.凈化功能：具有水污染的凈化及水中有機有害物質的凈化功能，且表面具有超親水性，有防霧、易 洗、易干的效能。
光觸媒 - 光觸媒的缺陷
1.需要盡量保持室內的光線，為光觸媒提供一個好的工作條件，同時光觸媒與其他被動空氣凈化產品一樣，都需要空氣中的有害物質與其表面接觸才能發生反應，所以需要增強室內空氣的流動性，保持一定的通風是有好處的。
2.光觸媒既然叫“光”觸媒，就必須要有光才能有效，最好是在紫外線照射下，目前一些較好產品也可以在可見光的紫外線部分照射下發生作用，
但是仍然需要光線，所以光觸媒類產品主要用于墻面施工，對于家具柜子、抽屜等效果不明顯；
3.另外就是光觸媒需要專業人員使用噴***施工，個人無法自行施工；
4.光觸媒只能吸附游離在空氣中的有害物質，對污染源沒有效果，不能從根源上解決室內污染。
光觸媒 - 應用領域
A.生活工作的場所：起居室、辦公室、會議室、計算機房、演講廳、宴會廳、 公寓、汽車等；
B.保健醫療公共娛樂社區：醫院候診室、病房、生育保健中心、幼兒園、寵物醫院、養老院、賓館、公共衛生間、吸煙室、卡拉OK房、飯店等；
C.特定場所：學校、飯店、實驗室、食品加工場、家禽家畜飼養場等；
D.立區域及用具：家庭廚房、梳理臺、餐廳、餐具、浴室、浴缸、廁所、馬桶、客廳、窗簾、墻壁、天花板、玩具、家具、儲水槽、垃圾、書房、吸煙區等生活區。
光觸媒 - 幾種簡單鑒別方法
目前市場上光觸媒產品魚龍混雜良莠不齊，在這里就向大家介紹幾種簡單光觸媒鑒別方法。
一、顏色
光觸媒的作用大小是由主要原料 -二氧化鈦的顆粒大小決定的，顆粒越小，光催化效果越好。優質光觸媒原液中的二氧化鈦為納米級，光觸媒外觀呈無色液體、半透明液體或乳白色液體，優質光觸媒由于光觸媒的核心技術即分散技術較好，一般不會有沉淀或只有少許沉淀，而劣質產品由于材料選用差、分散工藝差等原因，會導致有大量白色沉淀，這種沉淀決不是所謂的納米二氧化鈦含量高所致，而完全是材料及技術原因造成的， 有些產品為粘稠度很高的漿狀，這種產品一般不是因為納米二氧化鈦含量高所導致，而是其選用的黏合劑（這種產品多數為有機黏合劑，會因為有機黏合劑會被光觸媒逐漸分解的原因而造成產品穩定性能差）以及分散工藝落后所致。
二、氣味
質量好的光觸媒為無味的水溶液，如果打開裝光觸媒液包裝的瓶蓋子，有異味 :如酒精味，樹脂味，其它有機物氣味，則均為劣質光觸媒，有嚴重二次污染。
三、在光照下產品的顏色變化
假劣光觸媒使用了有機粘合劑，分散劑等有機物加在鈦白粉中制成，它會在陽光的直射下幾小時內會變黑。因為鈦白粉在光照下也能有微弱的光催化反應發生 ，氧化了其溶液中的有機物成分。好的光觸媒液采用的是無機粘合劑，在光照下沒有產品的顏色變化。
四、測酸堿度PH值
在化學試劑商店購買一包 PH值試紙，價格在2元左右;把試紙插入光觸媒中測量PH值。優質的光觸媒產品是中性的，PH值接近7，不會對物體產生腐蝕作用。劣質的光觸媒生產工藝過程中使用了強酸或者強堿，PH值在6以下或者大于8，腐蝕作用明顯，一段時間后墻面或家具，織物表面會變色，如果經銷商進了這樣的貨，等著用戶索賠吧。
五、室內自然光下的氧化能力測試
好的光觸媒可以在室內可見光下表現出效果，劣質產品只能被紫外線激發，只能在室外使用，室內使用效果極差，在化工商店購買一瓶甲基藍 (一種有機染料)，制成100ppm(萬分之一)濃度的溶液，將甲基藍溶液滴入裝光觸媒的玻璃試管，放置在室內，能夠使甲基藍褪色的光觸媒質量好，褪色不明顯的是劣質光觸媒。也可以采用紅墨水的方法，蘸取少許紅墨水在光觸媒溶液中攪動至微紅色（顏色太重可能會導致分解時間過長，不易于短時間內判斷），放置在太陽光下，優質光觸媒幾個小時就會有明顯的分解效果，而假劣光觸媒即使放上幾天也不會有什么變化。這種方法的判定首先應判斷光觸媒的PH值的基礎上。
六、客觀科學地判斷產品說明
光觸媒是通過吸收光的能量后表現催化劑作用的，無光狀態光觸媒沒有能量來源，自然沒有效果。那些宣稱無光狀態也具有消除甲醛作用的光觸媒，無非是因為本身產品質量不過關加入了甲醛清除劑來應付治理后的檢測，這是對消費者極不負責任的。甲醛清除劑，裝修除味劑等有很快的除味效果，但是它的作用只有幾天時間。隨著甲醛從板材，粘合劑中不斷游離出來，治理后的房間不久又會超標，并產生的二次污染。這些假冒偽劣產品的生產廠還編造出許多諸如冷觸媒，自然觸媒等新名詞來欺騙經銷商和消費者，這樣的產品我們當然不能用。試想光觸媒真正的技術發展過程不過短短幾年，日本、韓國等光觸媒技術發達國家尚且沒有研制出所謂的無光可以起作用的光觸媒（冷觸媒，自然觸媒），而中國又怎么能到處都出現這樣的產品哪？所以消費者應該學會科學客觀的去進行判斷。
