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科普 | 这一篇,就带你真正认识“光触媒”!

发布时间:2018/08/28
科普 | 这一篇,就带你真正认识“光触媒”!

"前两周小编发了一个中科院关于光触媒的技术视频讲解,大家觉得不够详细。为了让大家更加系统地了解光触媒,小编和日本专家沟通后,整理了更加完善的光触媒知识,供大家参考和辨识。 "




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光触媒的知识





光触媒历史


◇ 1967日本东京大学的本多建一教授和博士班学生藤岛昭发现,用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应。这就是著名的“本多作用的光催化反应,将空气中的水或氧气催化成氧化能力的羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(O₂·)、活性氧(HO₂·,H₂O₂)等具有氧化能力的光生活性基团,这些光生活性基团的能量相当于3600K的高温,具有很强的氧化性媒


◇ 1969年,本田藤岛效应发表在“工业科学杂志”(东京大学的本多氏和藤岛氏发现:根据电极反应通过光可将水分解成氧和氢的效果)

◇ 1972年,美国“自然杂志”发表了本田藤岛效应,引来世界各地的关注,于是开始利用光触媒对有机物质的分解,无害化的研究

◇ 1980年,越来越多的权威学术杂志报道“光触媒拯救世界危机”

◇ 1992年,第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行,日本的研究机构发表许多关于光触媒的新观念,并提出 应用于氮氧化物净化的研究成果。


 从1971年至2000年6月 总共有10,717件光触媒的相关利提出申请

◇ 1994年,TOTO开发光触媒抗菌和防污瓷砖,光触媒开始走向商业化

◇ 1996年,开发了光触媒的太阳能帐篷,作为商品开始销售

◇ 1999年,盛和工业利用光触媒的有机物分解效果开发了空气净化器

◇ 1999年,由于纳米技术得到了突破性进展,光触媒终于登上了国际舞台


◇ 2001年,光触媒全面介入家庭日称生活,并在短短半年时间,迅速席卷欧美和东南亚发达地区,光触媒成为了环保代名词。

◇ 2001年末,光触媒应用于美国空间站空气净化

◇ 2005年,光触媒的自洁镀膜技术成熟应用到各种建筑外墙和光伏发电面板


◇ 2008年,N/W公司研发了光触媒的长效附着功能

◇ 2015年,EBS公司拿下了新干线的车厢内杀菌除味和车体外部自洁项目

◇ 2018年,EBS和LNW(光净界)启动中国市场 


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■ EBS大楼 


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■ LNW中国 




光触媒是什么


科普光触媒,那就先得从“光”说起,它是一切的起源,也是了解“光触媒”的第一步。自然光为人来带来了光合作用、光能、光热等各种生存福音。同时,人工利用光,也给生活注入了一种叫“光触媒”的洪荒之力。

光触媒最早起源于日本,是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称,也被称为光催化剂。国际学名是:Photocatalyst= 光(Photo)+ 催化剂(catalyst)。


光,代表光源。

提供能量,紫外光都能响应,极少高性能产品才能可见光响应。


触,意为接触,为反应提供场所。

只有达到10纳 米左右,才能高效的分解有害物质。 


媒,特指媒介。

是催化剂,不参与反应,因此能稳定存在,长期有效。

光触媒在光的照射下,会产生类似光合作用的光催化反应,将空气中的水或氧气催化成氧化能力极强的羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(O2·)、活性氧(HO2·,H2O2)等具有极强氧化能力的光生活性基团,这些光生活性基团的能量相当于3600K的高温,具有很强的氧化性,这些强氧化性基团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,并可破坏细菌的细胞膜和凝固病毒的蛋白质载体。


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光触媒反应机理


光催化作用原理光触媒其在吸收特定波长的光波后,其晶粒内部电子由价带进入导带,再迁移到晶粒表面,形成了能量及高的电子和空穴对。高能电子则与氧气结合生成高活性的氧负离子(·O2ˉ);带正电的TiO2(h+)空穴与水结合并取代水分子中H+,在晶粒表面生成氧化能力极强的氢氧自由基(·OH)。其自身只起催化作用,不被反应掉,故而能长久有效。


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光触媒主要功能

1.空气净化

对甲醛、苯、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影响人类身体健康的有害有机物起到净化作用。


2.释放负氧离子

释放负氧离子,中科院理化技术研究所对国内某光触媒进行检测后发现,使用优质远红外光触媒喷涂100平米建筑面积的房间,相当于种了25棵白桦树的净化效果。


3.杀菌

对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有杀菌功效,对各种传染性病毒也有强效分解功能。在杀菌、分解病毒的同时还能分解由细菌死体上释放出的有害复合物。


4.除臭

对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有除臭功效。


5.防污

防止油污、灰尘等产生。对浴室中的霉菌、水锈、便器的黄碱及铁锈和涂染面褪色等 现象同样具有防止其产生的功效。


6.净化

具有水污染的净化及水中有机有害物质的净化功能,且表面具有超亲水性,有防雾、易洗、易干的效能。


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光触媒应用范围



❤ 公共场所学校、幼儿园、办公室、酒店、电影院、饭店、其他公共场所

❤ 个人居所生活空间、家具等

❤ 医疗场所:门诊、急救中心、手术室、ICU、病房等

❤ 交通工具:汽车、地铁、火车、飞机、轮船、私家轿车等

❤ 建筑材料:陶瓷、涂料、玻璃等

❤ 家用电器:空调、冰箱、洗衣机、照明用具、空气净化器

❤ 纺织品:口罩、床单、床垫等






光触媒问答




 01  光触媒的作用时间是多久?对光线要求多高?

光触媒作为一种光催化剂,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,就像植物的光合作用中的叶绿素。光触媒在太阳光或室内荧光灯的照射下能产生抗菌、除臭、油污分解、防霉防燥、空气净化的作用,特别是紫外线光效果显著,紫外线灯主要起到杀菌、消毒的作用,由于紫外线的波长很短,本身含有很高的能量,它可以更快速的激发光触媒产生一系列的光催化反应。由于它只是提供了反应的场所,而本身并不参与化学反应,所以自身物质不损失,所以它的作用效果是持久的。也就是说,只要它的表面不被破坏,它就像一个长期不停作用的空气净化器,时刻为您起到杀菌和净化空气的作用。


光净界导入的第六代光触媒,只需要波长为570的光线即可见光就可达到效果。



 02  光触媒喷涂后的杀菌效果如何?

有数据显示,光触媒在喷涂干燥后,(在光照下)60秒内开始发挥杀菌作用,12-24小时内分解、杀灭各类细菌率达99%。光触媒在光的作用下,具有持续杀菌功能。一次喷涂,可在10-15年内持续发挥其功效。


按照国家现行室内空气质量标准,室内细菌总数不得超过2500cfu/m3。而使用光触媒喷涂过的封闭房间,细菌数仅为50cfu/m3,远远低于国家制定的医院、星级宾馆现行的消毒、杀菌标准。(医院消毒标准为200cfu/m3)



 03  光触媒催化反应及步骤

· 反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钛表面

· 经光照射后,二氧化钛产生电子及空穴

· 电子和空穴分别扩散到二氧化钛粒子表面

· 电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基和活性氧

· 氢氧自由基和反应物进行氧化反应

· 产物再由二氧化钛表面脱离



 04  光触媒都有哪些原材料?

光触媒材料主要有纳米TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2等,2000年以来又发现一些纳米贵金属(铂、铑、钯等)具有更好的光催化性能,但由于其中大多数易发生化学或光化学腐蚀,而贵金属成本则过高,都不适合作为家居净化空气用光催化剂。


纳米二氧化钛(TiO2)是一种半导体,主要有锐钛型(Anatase),金红石型(Rutile)及板钛型(Brookite)三种晶体结构,其中:板钛型晶体稳定性差,一般认为不具备光催化活性。


金红石型晶体具有比锐钛型晶体更强的光催化性能,耐候性和附着性也很好,纳米无机包覆稳定,市场价格高于锐钛型晶体。


纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100 nm之间,是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品,表现出许多特殊的性质,如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等,利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能,可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。在橡胶、陶瓷、纺织、印染、国防工业领域具有广泛的应用。


纳米二氧化锆(ZrO₂)呈高纯度白色粉末状,无臭、无味。低温时为单斜晶系,高温时为四方晶型。具有高的折射率(折射率2.2)和耐高温性。有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的高温强度和韧性,具有良好的机械、热学、电学、光学性质。其中HT-ZrO-01为单斜晶型,HT-ZrO-02为四方晶型。纳米氧化锆颗粒尺寸微小、是很稳定的氧化物,具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的性能,可用于功能陶瓷和结构陶瓷,以及宝石材料。


光净界导入的第六代光触媒技术SNAP(智能纳米)为二氧化钛锐钛型光触媒。



 05  二氧化钛安全吗?

由美国食品及药物委员会(FDA)之食品测试研究所证明二氧化钛(TiO2)为安全物质,并对人类无害。二氧化钛广泛应用于食品、日用品、化妆品中。


TIO2光触媒反应仅为表面反应,是单纯使附在表面的物质与游离基反应与臭氧净化机理不一样,在空气中几乎不可能释放出游离基,对人体完全没有影响。另外,二氧化钛在此作用中不会产生额外副产物,纯由可见光及紫外线引发作用。



 06  光触媒可以分解哪些污染物?

光触媒经过光照后会分解有机物质,如病毒、细菌、霉菌、气味分子、有机颜料、污垢;绝大部分气味分子都是有机化合物,都是光触媒可分解对象。故不仅会分解各种让人不快的味道,也可以分解香味。



 07  二氧化钛吸入人体后会产生不良影响吗?

二氧化钛对人体无害,因此少量吸入并不会造成身体不适。喷涂干燥后,二氧化钛会附着在物体表面,不会脱落,所以不会造成粉尘污染,影响肺部健康。光净界的产品有国家检疫机构的权威检测报告,证明吸入和皮试等无毒。



 08  光触媒失效有哪些条件?

一般失效分为化学失效和物理失效,光触媒的主要成分是纳米二氧化钛,其化学性能十分稳定,它不溶解于除氟酸和加热浓硫酸及熔化碱意外的酸、碱、水、有机溶剂等。在常温、常压下不与三氧化硫(SO3)、氯气等反应活性较强的气体反应。到目前为止有关光触媒因与其他物质发生化学反应而失效的现象还没发现。物理失效:主要指光触媒的涂层被其他覆盖(如灰尘)或者被硬物损伤了表面而导致光触媒失效。



 09  光触媒会中毒吗?

首先光触媒的化学与物理性质非常稳定。另外,通过光触媒的催化机理可以看出,光触媒的催化原理并不同于一般的催化剂通过表面综合反应来促进化学反应的进行,所以不会出现光触媒某些特定化学物中毒的现象。



 010  和其他室内空气净化的方法相比,光触媒有哪些优势?

A、净化的彻底性:光触媒是分解污染物而不是吸附污染物,发生的是质变而不是量变,对于污染物有不可逆的彻底分解


B、净化范围的广泛性:能对室内几乎所有细菌、病毒、有机污染物、味道分子起到强效分解作用,特别是人类不易感知的细菌和病毒进行彻底分解


C、净化安全性:最终产物是二氧化碳和水,对人体完全无害。不会产生类似消毒剂的对环境造成二次污染。



 011  光触媒对基材有腐蚀作用吗?

从光触媒本身来说,它性质稳定,不会腐蚀其他材料,也不会为其他材料所腐蚀。在实际施工中,现在的光触媒没有任何腐蚀现象发生,根据最新研究表明,金属表面涂膜光触媒,还具有防腐防锈的功能。



 012  施工后多长时间达到最好效果?

光触媒喷涂后大概3个小时即可干燥,在常温条件下三天达到最佳的硬化程度。对于一般室内污染程度,光触媒喷涂后7~10天就会有明显效果。