请教关于光触媒的问题

【专家解说】：光触媒是一种分子级的金属氧化物材料(二氧化钛比较常用)，它涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能:能有效地降解空气中有毒有害气体;能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理;同时还具备除臭、抗污等功能。 [编辑本段]光触媒作用原理: 光触媒的分类:可见光型光触媒 紫外线型光触媒 光触媒在特定波段光线的照射下，会产生光化学效应，把光能转化为化学能而赋予光触媒表面很强的氧化能力，可氧化分解各种有机化合物和矿化部分无机物，并具有抗菌的作用。 在光照射下，光触媒能吸收相当于带隙能量以下的光能，使其电子获取一定的能量,脱离原子核及电子轨道的束缚成为自由电子,而原来电子占具的轨道由于电子脱离产生空穴,这样光触媒表面产生很多电子(e-)和空穴(h+)对。这些电子和空穴能与水或容存的氧反应，产生氢氧根自由基(·OH)和超级阴氧离子(·O )。如表1所示，这些空穴和氢氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很强的氧化能力，几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解。因此可以将各种有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处理，达到净化空气、抗污除臭的作用。 表1:各种化学键的氧化能 化学键 正孔和氢氧根自由基 碳-碳键 碳-氢键 碳-氮键 碳-氧键 氧-氢键 氮-氢键 氧化能(kcal/mol) >120 83 99 73 84 111 93 此外，如表2所示，氢氧根自由基比作为消毒杀菌剂被广泛使用的次氯酸、双氧水和臭氧等具有更强的氧化能力，二氧化钛通过这种氧化能力破坏了细胞内的辅酶A等辅酶和呼吸作用酶等发挥抗菌作用而使细菌或真菌的繁殖中止;同时当带正电荷的空穴接触到带负电荷的微生物细胞后，依据库伦引力，相互吸附，并有效地击穿细胞膜，使细胞蛋白质变性，无法再呼吸、代谢和繁殖，直至细胞死亡，完成灭菌;并能将细菌或真菌释放出的毒素分解。 表2:各种氧化剂的氧化电位 氧化剂 氧化电位(伏特) 相对氧化电位(对数值) 氢氧根自由基 2.80 2.05 氧原子 2.42 1.78 臭氧 2.07 1.52 双氧水 1.77 1.30 双氧自由基 1.70 1.25 次氯酸 1.49 1.10 氯气 1.36 1.00 [编辑本段]光触媒主要功能和特点 (1)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，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。 (2)持续性:在反应过程中，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。 (3)安全性:无毒、无害，对人体安全可靠;最终的反应产物为二氧化碳、水和其他无害物质，不会产生二次污染。 (4)高效性:光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。 [编辑本段]光触媒产品与传统空气净化产品比较 品名类别 挥发性有机物 微生物 异 味 本身味道 本身毒性 活 性 炭 有一定作用 无作用 有一定作用 无气味 无 空气清新剂 无作用 无作用 有掩盖气味作用 有各种人造气味 有低毒性 甲醛捕捉剂 只对甲醛有作用 无作用 对甲醛的异味有作用 有异味 有低毒性 杀 菌 剂 无作用 有作用 无作用 有异味 毒性较大 紫外线(灯) 无作用 有作用 无作用 无气味 使用不当 可致癌 氧 负离子 无作用 无作用 可清新气味 但时间短暂 无气味 无毒 臭 氧 有一定作用 浓度>0.1ppm 时有作用 无作用 浓度>0.15ppm时有臭味 长期使用可致 植物吸附 作用很小 无作用 有一定作用 气味宜人 无毒 光触媒(TiO2) 分解清除 杀菌率高达 99.99 % 除臭、除异味 能力强 本身无气味 无毒 [编辑本段]光触媒的作用 光触媒作为一种新兴的空气净化产品，主要有以下功能: A.空气净化功能:对甲醛、苯、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影响从类身体健康的有害有机物起到净化作用。 B.杀菌功能:对大肠杆菌、黄色葡萄球菌等具有杀菌功效。在杀菌的同时还能分解由细菌死体上释放 出的有害复合物。 C.除臭功能:对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有除臭功效。 D.防污功能: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。 E.净化功能: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。 [编辑本段]应用领域 A.生活工作的场所:起居室、办公室、会议室、计算机房、演讲厅、宴会厅、 公寓、汽车等; B.保健医疗公共娱乐社区:医院候诊室、病房、生育保健中心、幼儿园、宠物医院、养老院、宾馆、公共卫生间、吸烟室、卡拉OK房、饭店等; C.特定场所:学校、饭店、实验室、食品加工场、家禽家畜饲养场等; D.立区域及用具:家庭厨房、梳理台、餐厅、餐具、浴室、浴缸、厕所、马桶、客厅、窗帘、墙壁、天花板、玩具、家具、储水槽、垃圾、书房、吸烟区等生活区。 [编辑本段]光触媒的几种简单鉴别方法 目前市场上光触媒产品鱼龙混杂良莠不齐，在这里就向大家介绍几种简单光触媒鉴别方法。 鉴别光触媒应该首先鉴别光触媒真伪，其次鉴别光触媒优劣。 优质光触媒应为:通过特殊的制备方法完成纳米级 二氧化钛 在水中的分散, 胶体、 粒径小( 15 纳米以下)、颗粒均匀、无分散剂、无黏结剂、不含重金属、浓度适中、黏度适中、附着力好、 褪色性能好、 分散均匀、状态稳定、 无分层、 无味、喷涂后无色、中性，适合各类表面。 光触媒真伪鉴别 1 、看颜色。由于制备方法不同和用途不同，光触媒呈现不同颜色，常见的颜色有 乳白色、淡黄色、淡蓝色 或无色液体、半透明液体。 如果颜色暗黑，则为伪劣的光触媒产品。 2 、光散性。 当可见光透过溶胶时会产生明显的散射作用，即丁达尔现象。 胶体有丁达尔现象，而溶液没有，所以可以用丁达尔现象来区分胶体和溶液。不论何种颜色的光触媒溶液都应该有 丁达尔现象。若没有丁达尔现象， 则为伪劣的光触媒产品。 3 、稳定性。 光触媒分散技术较好，一般不会分层、沉淀，但是若纳米粒径小、没有分散剂，那么长时间静置可能有少许凝聚现象，使用时摇动几下即可，不影响使用性能。若 容易发生沉淀而且沉淀较多， 则为伪劣的光触媒产品。 伪劣产品由于材料选用差、分散工艺差等原因导致大量沉淀，这种沉淀不是所谓的纳米二氧化钛含量高所致，而完全是材料及技术原因造成的。 一种原因是用普通钛白粉假冒纳米级二氧化钛，颗粒大了上千倍;另一种原因是生产工艺不过关，纳米二氧化钛呈团聚状态，远远大于 100 纳米的国家纳米技术标准。 4 、看 气泡。用力摇动光触媒后产生少量清澈的水泡，并很快消失;若摇动后有肥皂泡状的气泡产生，并很长时间才能消失，则为 伪劣的光触媒产品。 5 、看褪色功能。将 甲基蓝稀释后滴在已喷涂光触媒的瓷片上，光照后，蓝色很快消失。若不能褪色或褪色不明显， 则为 伪劣的光触媒产品。 6 、看起效时间。光触媒通过表面作用分解有机物，所以需要一段时间才有比较明显的治理效果，优质光触媒一般需要 7-15 天分解有机物。 7 、看光照条件。 光触媒是通过吸收光的能量后表现催化剂作用的，无光状态光触媒没有能量来源，所以没有效果。 据资料显示，目前达到 550nm 的产品能进行批量生产的还很少。 8 、看 企业标准备案。标准是规范企业进行产品生产的基本文件，企业生产产品至少应该有在市级质量技术监督局备案的企业标准。 光触媒优劣鉴别 1 、是否分层?用离心机旋转 10 分钟，若出现分层的光触媒一定含有分散剂，未出现分层的光触媒不含分散剂。优质 光触媒 不含分散剂。 2 、是否有残留物?盛少量光触媒到坩埚，用酒精灯进行充分加热，若残留物呈黑色灰烬状，则含黏结剂;否则无黏结剂。优质 光触媒 不含黏结剂。 3 、是否有气味? 如果打开光触媒包装的瓶盖，有酒精味、树脂味、或其它有机物气味，则为劣质光触媒。 优质 光触媒为无味的水溶液。 4 、是否呈现中性? 测酸碱度 PH 值。若光触媒 PH 值在 5 以下或者大于 9 ，腐蚀作用明显，可能使墙面或家具、织物表面变色。优质的光触媒产品是中性的， PH 值接近 7 ，一般 6-9 之内也可以，不会对物体产生腐蚀作用。 5 、是否会变色? 劣质 光触媒 在阳光的直射下几小时内变黑，这是因为二氧化钛在光照下会发生光催化反应，氧化了其溶液中的有机物成分。 优质 光触媒在光照下不会变色。 6 、是否有粘性? 劣质 光触媒状态如糊状、较稠、有一定粘性。 优质 光触媒状态如水，基本没有粘性。 7 、是否有检测? 选择光触媒产品之前必须要求光触媒生产厂家出具权威检测机构的三份检测报告，即灭菌效果检测报告、有害物质降解效果检测报告和产品无毒试验报告，而且，三份报告均必须印有 CMA 标志(国家计量认证单位标志)。 在这三份报告中，尤以无毒试验报告最为重要。如果消费者在选择光触媒产品时，生产商不能提供无毒试验报告，就说明其光触媒产品在加工过程中添加了其他有害物质，产品的无毒特性已经被破坏，劣质光触媒的使用存在环境和健康隐患。 8 、浓度鉴定。常用的光触媒浓度为 0.5-0.8% ，有添加剂的光触媒可以达到 3% 以上，但是有添加剂的光触媒表面会被添加剂部分覆盖，影响光催化性。若无添加剂，光触媒浓度达到 1% 时，性能已经非常优异。优质 光触媒 不含添加剂。 9 、 粒径鉴定。光触媒的性能与 二氧化钛的颗粒大小有关，颗粒越小，光催化效果越好。除实验室外， 目前国际上在规模化生产中能达到 10 纳米以下的还很少。 10、附着鉴定。优质光触媒具有良好的附着力，喷涂凉干后即可形成一层牢固的薄膜。二氧化钛正是通过这一膜层吸收阳光中的紫外线，并产生光催化作用的。喷涂后能否形成薄膜，直接影响到降解效果，而膜层是否牢固又影响到产品能否持久地发挥效力。一类劣质光触媒喷涂后无法形成膜层，干燥后迅速粉化。而另一类光触媒喷涂后虽然可以成膜，但用湿布擦拭后立刻消失。这两类产品均无法正常发挥光触媒降解污染和灭菌作用。消费者在选择购买前可用手指沾少量光触媒在深色桌面均匀涂抹，待凉干后观察其成膜状态，并用湿布擦拭观察其附着力。如果产品粉化或者无法附着，即可断定产品质量不佳。 附: 丁达尔现象 在光的传播过程中，光线照射到粒子时，如果粒子大于入射光波长很多倍，则发生光的反射;如果粒子小于入射光波长，则发生光的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光或乳光。丁达尔效应就是光的散射现象或称乳光现象。由于溶胶粒子大小一般不超过 100 nm ，小于可见光波长( 400 nm ~ 700 nm )，因此，当可见光透过溶胶时会产生明显的散射作用。而对于真溶液，虽然分子或离子更小，但因散射光的强度随散射粒子体积的减小而明显减弱，因此，真溶液对光的散射作用很微弱。此外，散射光的强度还随分散体系中粒子浓度增大而增强。所以说，胶体能有丁达尔现象，而溶液没有，可以采用丁达尔现象来区分胶体和溶液。