納米光催化管理

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自1972年，A.Fujishima和K.Honda在n型半導體TiO2電極上發現了水的光電催化分解作用之后，國內外的研究人員對TiO2產生了深厚的興趣。TiO2氧化活性較高，化學穩定性好，對人體無毒害，成本低，無污染，應用范圍廣，因而最受重視，是目前應用最廣泛的納米光催化材料，也是最具有開發前途的綠色環保型催化劑。

應用領域

納米TiO2能處理多種有毒化合物，包括工業有毒溶劑、化學殺蟲劑、木材防腐劑、染料及燃料油等，迄今詳細研究過的有機物達100種以上。此外，TiO2光催化技術也被用于無機污染物的處理。利用光催化法在檸檬酸根離子存在下，可以使Hg2+被還原成Hg而沉積在TiO2表面；此法同樣適用于鉛。TiO2光催化可能降解的無機污染物還有氰化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害氣體也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下轉化成無毒無害物質。

1．空氣凈化

當前解決空氣污染主要有物理吸附法(活性炭)、臭氧凈化法、靜電除塵法、負氧離子凈化法等，但是這些方法自身都有著難以克服的弊端，所以一直難以大范圍地推廣使用。與其相比，利用納米光催化TiO2凈化空氣則有如下優點：降解有機物的最終產物是CO2和H2O，沒有其它毒副產物出現，不會造成二次污染；納米微粒的量子尺寸效應導致其吸收光譜的吸收邊藍移，促進半導體催化劑光催化活性的提高；納米材料比表面積很大，增強了半導體光催化劑吸附有機污染物的能力。

利用納米光催化TiO2治理空氣污染已經得到廣泛應用，國內外都出現了很多產品，例如納米空氣凈化器、中央空調凈化模塊、光觸媒涂料等，市場前景非常廣闊。

2．水處理

傳統的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到好的解決。納米技術的發展和應用很可能徹底解決這一難題。

研究表明，納米TiO2能處理多種有毒化合物，可以將水中的烴類、鹵代烴、酸、表面活性劑、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑、木材防腐劑和燃料油等很快地完全氧化為CO2、H2O等無害物質。此外，納米TiO2在降解毛紡染料廢水、有機溴（或磷）殺蟲劑等到方面也有一定效果。無機物在TiO2表面也具有光化學活性。例如，廢水中的Cr6＋具有較強的致癌作用，在酸性條件下，TiO2對Cr6＋具有明顯的光催化還原作用。在pH值為2.5的體系中，光照1h后，Cr6＋被還原為Cr3＋。還原效率高達85%。迄今為止，已經發現有3000多種難降解的有機化合物可以在紫外線的照射下通過納米TiO2或ZnO而迅速降解，特別是當水中有機污染物濃度很高或用其他方法很難降解時，這種技術有著明顯的優勢。德國開發出了利用陽光和光催化劑對污水進行凈化的裝置，每小時可凈化100-150升水。

雖然利用納米光催化TiO2進行水處理目前還未得到廣泛應用，但我們可以看出它未來的應用前景必將非常廣闊。

3．殺菌消毒

納米TiO2的殺菌作用是利用光催化產生的空穴和形成于表面的活性氧類與細菌細胞或細胞內的組成成分進行生化反應，使細菌頭單元失活而導致細胞死亡，并且能使細菌死亡后產生的內毒素分解。研究表明：將TiO2涂覆在陶瓷、玻璃表面，經室內熒光燈照射1小時后可將其表面99％的大腸桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌等殺死。

目前國外新型無機抗菌劑的開發與抗菌加工技術進展較快，已經形成系列化產品，其中TiO2高催化活性納米抗菌劑是市場前景最好的品種。日本在TiO2光催化抗菌材料研究與應用起步較早，日本東陶等多家公司開發的光催化TiO2抗菌瓷磚和衛生潔具已經大量投放市場。日本將今后發展的目光投向歐美國際抗菌產品市場，預計海外市場將是其國內市場的10倍，他們也極其關注中國抗菌塑料近年來的迅猛發展，紛紛搶灘中國市場。

應用現狀

在當今世界性的環境污染問題越來越受到各國政府重視的情況下，利用納米材料進行環境治理已經成為各國高科技競爭中的一個熱點。在納米光催化方面日本、美國等國家均投入巨資開展研究與開發工作，并大力推動其產業化，目前已有多種產品出現，其中所使用的納米光催化材料絕大多數都是TiO2。

1．日本

日本對于納米TiO2光催化的研究較早，現在已有多家日本公司生產出了多種納米光催化的實用產品，見表1：

表1日本前十大催化公司及其主要產品

公司名稱主要產品公司名稱主要產品

東芝有除臭作用之光催化材料松下電器光催化空氣凈化器

隧道照明防污燈具具抗菌功能照明燈具

應用于照明燈具防污光催化膜除臭凈化設備

具光催化功能的高壓鈉燈管低折射率且具光催化功能薄膜

透光率好且平面光滑的照明燈具用于空氣凈化的光催化劑

三菱紙業具除臭效能的紙箱東陶機器汽車用防污用光催化膜

空氣凈化器光催化親水性薄膜復合材料

具除臭效能的熱風干燥器防污抗菌陶瓷器

具除臭抗菌作用的冷藏柜空氣凈化系統

適用于高溫高濕下除臭板油性防污材料

防臭抗菌面罩光催化防污導電建材

石川島播磨重工業密室環境的凈化設備大慶工業空氣凈化器

貨車與船舶防污建筑物空調系統

儲柜內部的凈化設備車用空氣凈化設備

土壤凈化方法與器具光催化凈化設備

抗菌功能食品儲藏柜匯豐汽車小型化空氣清潔機

短時間內分析光催化機能的設備具有濕度調節極高清潔能力的設備

密閉空間空氣凈化機合金半導體復合光催化劑

氣體凈化設備應用于燃燒室內防污光催化劑

三菱大氣NOx分解且防污應用日立光催化劑附著光源

防帶電效果光催化膜利用光催化的配水系統

有機襯底光催化機制備方法光催化除臭器

來源：.tw/public/Attachment/562714282071.doc

2．韓國

韓國從1999年開始有光催化方面的專利出現，近年成倍增長，起初重點為納米光催化材料，近年開始涉及水處理和空氣凈化領域。目前韓國納米光催化商品規模仍較小，產品以LG電子利用光催化生產空氣凈化式空調系統與DohabuCleantech的海水凈化裝置最受好評。下表為韓國部分光催化相關產品資料。

表2韓國部分光催化相關產品

公司名稱產品

BatuEnginnering污水處理機、薄膜材料

Enpion光催化材料、防污材料

G2K二氧化鈦光催化劑

Hanlimtech污水處理機

Nano光催化劑

NanoPac光催化劑

Pepcon空氣凈化器、除臭系統

來源：.tw/public/Attachment/562714282071.doc

3．美國

美國環保署(EPA)是美國納米光催化研發的主要支持單位，其重點著重于水處理方面；包括地下水質的改善、廢水處理以及河川污染等。河川污染除了針對因農藥造成污染的研究外，對油污的研究(包含原油)也有相當不錯的成果。

4．英國

英國倫敦和安大略核子技術環境公司開發了一種新的常溫光催化技術，利用納米二氧化鈦催化劑，能將工業廢液和被污染地下水中的多氯聯苯類分解為CO2和水。

英國皮爾金頓公司生產出了自潔凈玻璃。在玻璃表面鍍一層具有光催化作用的納米二氧化鈦薄膜，經紫外線照射后可有效降解附著在玻璃表面的有機污染物，同時具有親水性，使玻璃長期保持自潔凈效果。

市場前景

據BCC(商業通訊)咨詢公司報道，2004～2009年間，納米催化劑市場預計年均增長6.3％，預計2009年全球納米催化劑市場可達50億美元。過渡金屬氧化物、非對稱(手性)化合物、碳納米管和其他納米催化劑的增長率預計由2004年的2％上升到2009年的6.8％。納米催化劑的消費在較小型終端用戶領域里，特別是在聚合物方面增長最快，2004～2009年間年均增長率將達23％，能源使用預計年均增長率將為34.5%，納米技術使用預計年均增長率將為90.4％，其他方面(如親水性涂料)預計年均增長率為35.7％。

在我國每年僅居室的凈化市場就超過200億元的需求。據中國工程院權威專家預計，光催化在中國每年有100億元的市場容量，其經濟效益在環境產業中將占10%。到2010年，每年平均以13%的增長速度發展，預計5-10年后的國內市場能達到數百億元。