光觸媒技術的應用

2017年03月13日

光觸媒的應用范圍包括抗菌、防霉、空氣凈化(除臭、排氣凈化)、自凈化、防霧、大氣凈化、水處理等廣泛的領域、隨著研究開發的進展,已開發出大量實用產品。光觸媒具有抗菌除臭等多種用途而最適合于護理用品,這將伴隨人口老齡化而成長為巨大的產業。

1、抗菌防霉

二氧化鈦在光照射下,產生氫氧根自由基等活性氧比常用作消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能力,發揮抗菌作用而使細菌或霉菌的繁殖中止。這類二氧化鈦光觸媒的抗菌劑與傳統的抗菌劑不同、它們具有如下特征:

1)二氧化鈦在沒有光照時沒有抗菌活性。傳統的抗菌劑是通過藥效成分的溶出釋放而阻止細菌的發育或殺滅細菌。用從餐具鉛溶出實驗同樣的方法測試表明:二氧化鈦完全不溶出。而二氧化鈦光觸媒,在光照的初期就產生抗菌作用。

2)由于在光照下產生的氫氧根自由基等活性氧壽命很短,如果細菌不在二氧化鈦的近處就不能發揮抗菌效果。因此,將二氧化鈦埋入載體或膠粘劑表面。實驗證明將光觸媒涂于陶瓷表面后再進行燒結,它的抗菌效果相當好。

3)由于二氧化鈦作為催化劑(光觸媒)作用時自身不發生變化,原理上,可以半永久地使用、如果有光照射,它就能半永久地持續有效。

4)二氧化鈦光照射下,產生的氫氧根自由基幾乎能使所有有機物分解變成二氧化碳等無毒的物質。因此,不僅能抗菌防霉、使作為細菌或霉菌的食餌的有機物分解,也使細菌或霉菌釋放出的毒素分解。而且,還能破壞癌細胞、可使溶入的各種有害化學物質及像空氣中的惡臭化學物質分解及無害化等。

在涂有二氧化鈦光觸媒層的玻璃板上用日光燈照射下的抗大腸桿菌、黃色葡萄菌的抗菌效果均可達99%以上。納米級二氧化鈦在微弱的光照下就能夠有很強的殺菌能力,光觸媒抗菌陶瓷在生活中使用不另加光照一樣有超強的殺菌能力。

綜上所述,二氧化鈦光觸媒作為新型的抗菌劑令人注目、各種應用的開發也進展良好。光觸媒抗菌瓷磚已經在市場銷售,在衛生陶器、菜刀、案板、建筑材料、24小時浴室以及衣料用纖維等方面上的應用開發進展順利。而且,光觸媒在防藻作用也已得到確認,能抑制藻和水青苔的水槽、能防止水變質和花長期保鮮的花瓶已經面市銷售、在混凝土、涂料上的應用研究也已開始。

2、空氣凈化(除臭、氣體排放凈化和室內污染綜合癥對策等)

光觸媒在光照下也能夠分解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質,并能將其完全分解成二氧化碳和水,與傳統的除味劑不同,只能將一種有害物變成另一種無味兒的有害物質,光觸媒才是一種能徹底分解有害物質的環保材料。
只要將光觸媒均勻的噴涂于室內墻面上,利用陽光或燈光就能夠源源不斷的分解有害物質,大大降低污染物對人體的危害。瑞森特了解到,在日本通常家庭在裝修完成后就會噴涂上一層光觸媒液,成了一種常用的空氣凈化涂料,在我國人們的意識還沒有達到這一步,瑞森特相信不久的將來,光觸媒也會走進我國百姓的家庭。

3、自凈化與防霧

用光觸媒可以分解污物,據此,可制備自凈化材料。尤其是對于一點點增加的油污或香煙焦油的效果最大。利用這些材料,可生產出應用于建筑材料、外墻、窗玻璃等各種各樣的產品,推進自凈化技術的發展。涂料、薄膜劑、光觸媒片材等已經開始銷售。此外,將光觸媒涂在牙齒表面,遇光照射時,將使附著在牙齒上的污物分解、變白,這項功能已應用于牙科美容。

一般來說,二氧化鈦與水的接觸角為零度而具有超親水性、污物等附著時表面變成疏水性形成水珠而霧化。但如果有光照則發生光觸媒分解污物而使其恢復成原來的超親水性,進而使霧化停止。利用該原理開發出不霧化的鏡子、窗玻璃和薄膜劑等。

在美容方面,光觸媒可應用于牙科美容使牙變白。對于假牙,也已開發出假牙洗凈劑。在假牙中加入含光觸媒的溶液,當陽光等光源照射時,假牙上附著的污物被分解而變得干凈、同時也可去除假牙的惡臭。

4、大氣凈化

在美國過去20年中,主要由于汽車尾氣中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)所造成的大氣污染問題一直沒有得到改善,已引起數起公害訴訟而成為嚴重的問題。如果應用二氧化鈦光觸媒,則能使大氣污染源的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx)氧化成硝酸根離子(NO3-)或硫酸根離子(SO42-)。將光觸媒涂刷于建筑物的外墻時,就可利用太陽光將氮氧化物或硫氧化物分別氧化成硝酸根離子或硫酸根離子,下雨時可將硝酸根離子或硫酸根離子沖刷下來,就這樣可持續不斷地進行光觸媒反應,從而除去大氣中的氮氧化物或硫氧化物。現已研究表明沖刷硝酸根離子或硫酸根離子雨水的酸性可以被空氣中浮游的堿性粉塵所中和。目前,含光觸媒的大氣凈化產品,比如道路建設中的大氣凈化部件、涂料、片材、水泥以及道路路面等已被開發推廣。附著有光觸媒的吸音板材和高速道路的防音壁等商品也在開發之中。

5、水處理

目前,用的最多的水處理方法是采用活性污泥等的微生物處理法,該法對于含氯有機物的處理還很困難,產生的剩余污泥也成為環境問題。至今,剩余污泥主要采用焚燒處理和埋填處理,但焚燒處理后的殘灰又成為新的問題,埋填處理也不能無限地占用土地資源。光觸媒用于水處理的研究很早就開始并一直在持續。開始的實驗是將光觸媒的粉末分散含有害物的水中用光照射來處理水中的有害物,但是,由于這種方法只能一次性處理而無法連續處理,處理干凈的水與光觸媒的分離也困難而一直得不到實用化。隨著僅由二氧化鈦成膜的光觸媒的開發成功才真正應用于水處理。

目前,與水處理相關的光觸媒產品有玻璃器具、能抑制藻類和青苔繁殖的水槽、使水不易變質從而使花期延長的花瓶等。此外,利用光觸媒的晝夜浴室也已商品化,凈水器、廢水處理裝置、飲料水的凈化、殺菌裝置、超純水制造裝置、染色廢水的脫色系統、簡易凈水器、雨水凈化裝置、含電鍍廢液氰化合物的分解裝置、被環境激素等所污染江河的凈化系統以及牲畜房的尿處理系統等都在開發進行中。還有將地下水中的有機溶劑蒸發成氣體后進一步用光觸媒分解的裝置也已有銷售。

另外目前,如何處理廢棄物設施的焚燒爐的廢氣中的二惡英已成為嚴重的問題,造紙工業廢水中含二惡英或垃圾焚燒場的廢氣洗凈水(清洗水)含二惡英的處理也將是潛在的問題。特別是最近已從一些江河水中檢出嚴重超標的二惡英,為此,應用光觸媒分解二惡英水處理裝置等也在開發之中。

6、保鮮

眾所周知,在保存水果和糧食時,如果其中少量發生變質,則其他的部分將很快變質。這是由于已變質的部分會釋放出能促進水果和蔬菜等成熟老化的乙炔氣體,促進其他部分成熟、老化而加速腐敗。如果使用光觸媒,能將乙炔氣體分解為二氧化碳和水,使水果和糧食能長時間保存,提高商品的市場價格。在草莓箱子里放入光觸媒片使草莓保鮮或在食品倉庫等地方使用使水果和糧食可以長期保鮮的裝置也已商品化。使用光觸媒不僅能分解乙炔氣體,同時還能防止倉庫內細菌和霉等的繁殖以及除臭等,使產品品質穩定的同時還能舒緩作業環境,并使各種農作物的摻混存放成為可能。同時還可用于種苗、根莖球的保存,防止菠菜、大蒜等的變黃。利用光觸媒的這種效果,防止食品腐爛、抑制垃圾的排放,從解決糧食問題和廢棄物問題的觀點來看也令人注目。用光觸媒材料制造的包裝膜既可以起到長久保鮮而且包裝膜在自然界中兩個月就會降解,比傳統的降解材料成本低得多。

綜上所述,可用光觸媒處理的有害物質數不勝數,它可以安全廣泛地應用在環境保護的各個方面、是21世紀最有希望的技術之一。目前,各種各樣的產品已在市場上出現。然而,已采用光觸媒的相關產品的性能,比如自凈化的效果,在設備剛完畢時可以容易看到, 但再經過幾個月后,該效果就不明顯了。目前我國還沒有一個統一的有光觸媒性能評價的試驗方法,而由生產企業自行制定,從而無法比較光觸媒的性能、由于沒有質量標準,這嚴重阻礙了光觸媒市場的健康發展,希望我國盡快出臺光觸媒產品的評定標準。萍鄉恒昌化工新材料有限公司光觸媒催化劑載體,柴油顆粒捕集器,蜂窩陶瓷蓄熱體,泡沫陶瓷,平板陶瓷膜,陶瓷膜過濾管,微孔陶瓷過濾板,懸浮生物填料,惰性氧化鋁瓷球,活性氧化鋁。

目前,光觸媒應用技術的開發正在全力推進中。隨著光觸媒技術在世界各國的普及,將促進光觸媒新用途的開發和今后巨大市場的成長。瑞森特相信:隨著光觸媒的開發和普及、擴大影響,將促進地球環境的改善。

來源:萍鄉市恒昌化工新材料有限公司

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