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光触媒技术的应用原理

作者:深圳市海德隆光电科技有限公司 浏览: 发表时间:2021-06-01 13:51:10

光触媒的应用范围包括抗菌、防霉、空气净化(除臭、排气净化)、自净化、防雾、大气净化、水处理等广泛的领域、随着研究开发的进展,已开发出大量实用产品。光触媒具有抗菌除臭等多种用途而最适合于护理用品,这将伴随人口老龄化而成长为巨大的产业。

 

1、抗菌防霉

二氧化钛在光照射下,产生氢氧根自由基等活性氧比常用作消毒杀菌的氯气、次氯酸、双氧水和臭氧等具有更强的氧化能力,发挥抗菌作用而使细菌或霉菌的繁殖中止。这类二氧化钛光触媒的抗菌剂与传统的抗菌剂不同、它们具有如下特征:

 

1)二氧化钛在没有光照时没有抗菌活性。传统的抗菌剂是通过药效成分的溶出释放而阻止细菌的发育或杀灭细菌。用从餐具铅溶出实验同样的方法测试表明:二氧化钛完全不溶出。而二氧化钛光触媒,在光照的初期就产生抗菌作用。

 

2)由于在光照下产生的氢氧根自由基等活性氧寿命很短,如果细菌不在二氧化钛的近处就不能发挥抗菌效果。因此,将二氧化钛埋入载体或胶粘剂表面。实验证明将光触媒涂于陶瓷表面后再进行烧结,它的抗菌效果相当好。

 

3)由于二氧化钛作为催化剂(光触媒)作用时自身不发生变化,原理上,可以半***地使用、如果有光照射,它就能半***地持续有效。

 

4)二氧化钛光照射下,产生的氢氧根自由基几乎能使所有有机物分解变成二氧化碳等无毒的物质。因此,不仅能抗菌防霉、使作为细菌或霉菌的食饵的有机物分解,也使细菌或霉菌释放出的毒素分解。而且,还能破坏癌细胞、可使溶入的各种有害化学物质及像空气中的恶臭化学物质分解及无害化等。

 

在涂有二氧化钛光触媒层的玻璃板上用日光灯照射下的抗大肠杆菌、黄色葡萄菌的抗菌效果均可达99%以上。纳米级二氧化钛在微弱的光照下就能够有很强的杀菌能力,光触媒抗菌陶瓷在生活中使用不另加光照一样有超强的杀菌能力。

 

综上所述,二氧化钛光触媒作为新型的抗菌剂令人注目、各种应用的开发也进展良好。光触媒抗菌瓷砖已经在市场销售,在卫生陶器、菜刀、案板、建筑材料、24小时浴室以及衣料用纤维等方面上的应用开发进展顺利。而且,光触媒在防藻作用也已得到确认,能抑制藻和水青苔的水槽、能防止水变质和花长期保鲜的花瓶已经面市销售、在混凝土、涂料上的应用研究也已开始。

 

2、空气净化(除臭、气体排放净化和室内污染综合症对策等)

光触媒在光照下也能够分解空气中的甲醛、苯、二甲苯等有害物质,并能将其完全分解成二氧化碳和水,与传统的除味剂不同,只能将一种有害物变成另一种无味儿的有害物质,光触媒才是一种能彻底分解有害物质的环保材料。


只要将光触媒均匀的喷涂于室内墙面上,利用阳光或灯光就能够源源不断的分解有害物质,大大降低污染物对人体的危害。瑞森特了解到,在日本通常家庭在装修完成后就会喷涂上一层光触媒液,成了一种常用的空气净化涂料,在我国人们的意识还没有达到这一步,瑞森特相信不久的将来,光触媒也会走进我国百姓的家庭。

 

3、自净化与防雾

用光触媒可以分解污物,据此,可制备自净化材料。尤其是对于一点点增加的油污或香烟焦油的效果***。利用这些材料,可生产出应用于建筑材料、外墙、窗玻璃等各种各样的产品,推进自净化技术的发展。涂料、薄膜剂、光触媒片材等已经开始销售。此外,将光触媒涂在牙齿表面,遇光照射时,将使附着在牙齿上的污物分解、变白,这项功能已应用于牙科美容。

 

一般来说,二氧化钛与水的接触角为零度而具有超亲水性、污物等附着时表面变成疏水性形成水珠而雾化。但如果有光照则发生光触媒分解污物而使其恢复成原来的超亲水性,进而使雾化停止。利用该原理开发出不雾化的镜子、窗玻璃和薄膜剂等。

 

在美容方面,光触媒可应用于牙科美容使牙变白。对于假牙,也已开发出假牙洗净剂。在假牙中加入含光触媒的溶液,当阳光等光源照射时,假牙上附着的污物被分解而变得干净、同时也可去除假牙的恶臭。

 

4、大气净化

在美国过去20年中,主要由于汽车尾气中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)所造成的大气污染问题一直没有得到改善,已引起数起公害诉讼而成为严重的问题。如果应用二氧化钛光触媒,则能使大气污染源的一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)等氮氧化物(NOx)或硫氧化物(SOx)氧化成硝酸根离子(NO3-)或硫酸根离子(SO42-)。

 

将光触媒涂刷于建筑物的外墙时,就可利用太阳光将氮氧化物或硫氧化物分别氧化成硝酸根离子或硫酸根离子,下雨时可将硝酸根离子或硫酸根离子冲刷下来,就这样可持续不断地进行光触媒反应,从而除去大气中的氮氧化物或硫氧化物。现已研究表明冲刷硝酸根离子或硫酸根离子雨水的酸性可以被空气中浮游的碱性粉尘所中和。

 

目前,含光触媒的大气净化产品,比如道路建设中的大气净化部件、涂料、片材、水泥以及道路路面等已被开发推广。附着有光触媒的吸音板材和高速道路的防音壁等商品也在开发之中。

 

5、水处理

目前,用的最多的水处理方法是采用活性污泥等的微生物处理法,该法对于含氯有机物的处理还很困难,产生的剩余污泥也成为环境问题。至今,剩余污泥主要采用焚烧处理和埋填处理,但焚烧处理后的残灰又成为新的问题,埋填处理也不能无限地占用土地资源。光触媒用于水处理的研究很早就开始并一直在持续。开始的实验是将光触媒的粉末分散含有害物的水中用光照射来处理水中的有害物,但是,由于这种方法只能一次性处理而无法连续处理,处理干净的水与光触媒的分离也困难而一直得不到实用化。随着仅由二氧化钛成膜的光触媒的开发成功才真正应用于水处理。

 

目前,与水处理相关的光触媒产品有玻璃器具、能抑制藻类和青苔繁殖的水槽、使水不易变质从而使花期延长的花瓶等。此外,利用光触媒的昼夜浴室也已商品化,净水器、废水处理装置、饮料水的净化、杀菌装置、超纯水制造装置、染色废水的脱色系统、简易净水器、雨水净化装置、含电镀废液氰化合物的分解装置、被环境激素等所污染江河的净化系统以及牲畜房的尿处理系统等都在开发进行中。还有将地下水中的有机溶剂蒸发成气体后进一步用光触媒分解的装置也已有销售。

 

另外目前,如何处理废弃物设施的焚烧炉的废气中的二恶英已成为严重的问题,造纸工业废水中含二恶英或垃圾焚烧场的废气洗净水(清洗水)含二恶英的处理也将是潜在的问题。特别是最近已从一些江河水中检出严重超标的二恶英,为此,应用光触媒分解二恶英水处理装置等也在开发之中。

 

6、保鲜

众所周知,在保存水果和粮食时,如果其中少量发生变质,则其他的部分将很快变质。这是由于已变质的部分会释放出能促进水果和蔬菜等成熟老化的乙炔气体,促进其他部分成熟、老化而加速腐败。如果使用光触媒,能将乙炔气体分解为二氧化碳和水,使水果和粮食能长时间保存,提高商品的市场价格。在草莓箱子里放入光触媒片使草莓保鲜或在食品仓库等地方使用使水果和粮食可以长期保鲜的装置也已商品化。使用光触媒不仅能分解乙炔气体,同时还能防止仓库内细菌和霉等的繁殖以及除臭等,使产品品质稳定的同时还能舒缓作业环境,并使各种农作物的掺混存放成为可能。同时还可用于种苗、根茎球的保存,防止菠菜、大蒜等的变黄。利用光触媒的这种效果,防止食品腐烂、抑制垃圾的排放,从解决粮食问题和废弃物问题的观点来看也令人注目。用光触媒材料制造的包装膜既可以起到长久保鲜而且包装膜在自然界中两个月就会降解,比传统的降解材料成本低得多。

 

综上所述,可用光触媒处理的有害物质数不胜数,它可以安全广泛地应用在环境保护的各个方面、是21世纪最有希望的技术之一。目前,各种各样的产品已在市场上出现。然而,已采用光触媒的相关产品的性能,比如自净化的效果,在设备刚完毕时可以容易看到, 但再经过几个月后,该效果就不明显了。目前我国还没有一个统一的有光触媒性能评价的试验方法,而由生产企业自行制定,从而无法比较光触媒的性能、由于没有质量标准,这严重阻碍了光触媒市场的健康发展,希望我国尽快出台光触媒产品的评定标准。

 

目前,光触媒应用技术的开发正在全力推进中。随着光触媒技术在世界各国的普及,将促进光触媒新用途的开发和今后巨大市场的成长。瑞森特相信:随着光触媒的开发和普及、扩大影响,将促进地球环境的改善。

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