什么是光触媒

一、基本定义

光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的半导体材料的总称。比如具有代表性的二氧化钛涂抹于物体表面,在光照的作用下能够产生强氧化物质,可以用来分解一些有害物质,细菌病毒等。

在日常生活中,可以有效降解空气中有毒有害气体如甲醛等,高效净化空气;同时,能够有效杀灭多种细菌,并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

 

二、反应原理

光触媒光催化氧化是以N型半导体的能带理论为基础,半导体材料具有与金属不同的不连续能带结构,一般由填满电子的低能价带和含有空穴的高能导带构成,价带和导带之间存在禁带。当用能量等于或大于禁带宽度(又称带隙)的光照射时,价带上的电子(eˉ)会被激发跃迁至导带,在价带上产生相应的电子空穴(h+)并在电场的作用下分离迁移到表面。

热力学理论表明,分布在表面的光生空穴因具有很强的吸电子能力,可将吸附在TiO2表面上的OH-和H2O分子氧化成羟基自由基等。羟基自由基的氧化能力极强,可强效分解各种具有不稳定化学键的有机化合物和部分无机物,将其最终降解为H2O、CO2等无害的小分子物质,并可破坏细菌的细胞膜和凝固病毒的蛋白质载体。

 

三、特性介绍

全面性

光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物,并具有高效广泛的消毒性能,能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

持续性

在环境污染不严重的条件下,只要不磨损、不剥落,光触媒本身不会发生变化和损耗,在光的照射下可以持续不断的净化污染物,具有时间持久、持续作用的优点。但如果环境污染比较严重时,一些硫酸根和硝酸根离子会影响光触媒的寿命和效果,会出现失活现象,可以通过相关技术工艺恢复活性。

环保性

光触媒代表物质是TiO2,其化学稳定性高,且经美国食品药物管理局(FDA)认可为安全物质,对人体并无伤害,在食品、日常生活用品、化妆品、医药、养殖业中普遍采用。

自净性

经光触媒加工的表面,通过紫外线的照射后受到激发,可以把接触的有机物分解掉,不仅起到杀菌作用,还能将有害物质分解为无害小分子物质。同时由于光照条件下表现出的超亲水特性,当灰尘落于光触媒涂层上时,只需以清水清洗便达到洁净表面的目的。

 

四、功效作用

空气净化

光触媒受光照后产生羟基自由基,与空气中的有机物质反应后生成无毒的无机物,能有效分解甲醛、苯、氨气等,将其转化成H2O和CO2,氧化除去大气中的氨氮化物、硫化物以及各类臭气,起到空气净化的作用。实验研究表明,光触媒对空气污染物的降解与其浓度有关,低浓度的甲醛可完全被光触媒光催化分解为H2O和CO2,而在较高浓度时,则先被氧化成HCOOH等中间体,然后在分解成H2O和CO2。

抗菌材料

将光触媒溶胶通过提拉、旋转、喷涂、涂抹等方法覆着在建筑瓷砖的表面, 再经过焙烧使之在瓷砖表面形成一层坚固的光催化剂膜。这种光催化瓷砖具有分解油污、杀菌灭菌等功能, 可以用于厨房、卫生间的墙面。实验测试结果表明,抗菌性陶瓷制品上的细菌生存数还不到普通陶瓷制品的1%。这种抗菌效果能有效防止处于阴暗潮湿、不易清洁的卫生洁具(如大、小便器)上的细菌繁殖和生长,并能防止尿液结垢及恶臭味的产生,具有很大的市场潜力。

废水处理

光触媒在光照条件下可使水中的羟基、卤代物、羧酸等物质发生氧化还原反应并逐步降解,最终变成无害小分子物质。在太阳光照射下,采用纳米TiO2负载的海泡石处理橄榄油废水去除效率达80%。

抗紫外线产品

纳米光触媒具有很强的散射和吸收紫外线的能力,并将这种光能转化为化学能,因而具有抗紫外线及防止褪色、老化的功能。将纳米光触媒溶液加入到涂层剂中,用来对棉织物进行涂层整理,可以得到抗紫外线良好的针织物。

疾病治疗

光催化最新的应用是用于疾病治疗,并且藤岛昭研发的光催化捕蚊器更是已经在疟疾肆虐的地区开始使用。

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