纳米光催化材料在空调领域中的应用

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1、纳米光催化材料在空调领域中的应用　　清华大学杨瑞*金招芬张寅平李亚栋IntroductionofnanophotocatalystintoairconditioningfieldByYangRu,JinZhaofen,ZhangYinpingandLiYadong 摘要　　简要介绍了纳米催化材料光解室内空气中VOC（挥发性有机化合物）的原理及国内外在此领域的研究应用情况，特别是日本在空气净化器中的应用，认为近期应加强理论研究，除开发家用空气净利化器外，还应重视该技术在集中空调领域中的应用。关键词　　挥发性有机化合

2、物光催化纳米材料　　Abstract　　BrieflypresentsthestudyandapplicationofnanophotocatalysttoremovetheVOCSintheindoorairintheworld,especiallytheapplicationinaircleanersinJapan.Considersitnecessarytoenhancetheoreticalstudy,andtopayattentiontotheapplicationofthetechnologyince

3、ntralairconditioningfield,andtodevelopdomesticaircleaners.Keywords　　volatileorganiccompound,photocatalysis,nanophasematerial*TsinghuaUniversity,China0引言　　目前人们对室内空气品质（IAQ）越来越重视，IAQ问题已成为当前建筑环境领域内的一个研究热点。室内VOC会对人体的呼吸系统、心血管系统及神经系统产生较大危害，甚至还会致癌[1]。它是造成病态建筑综合症的主要原因

4、[2]。建筑物中的VOC主要是由建筑装修过程中使用的粘结剂、涂料和油漆等释放出来的。　　使用纳米光催化材料消除VOC是近年来兴起的一项新技术，由于它具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染以及可连续工作等优点，日益受到人们的重视。下面对其反应原理、国内外研究应用现状等做一简要介绍。　　1纳米光催化材料处理VOC原理简介　　1.1半导体光催化反应原理　　半导体光催化作用的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导体的电子结构，当其吸收一个能量不小于其带隙能（Eg）的光子时，电子（e-）会从充满的价带跃迁

5、到空的导带，而在价带留下带正电的空穴（h+）。价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以直接与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体反应。例如空穴可以使H2O氧化，电子使空气中的O2还原，生成H2O2·OH基团和HO2，这些基团的氧化能力都很强，能有效地将有机污染物氧化，最终将其分解为CO2，H2O，PO43-，SO42-，NO23-以及卤素离子等无机小分子，达到消除VOC的目的。　　　　1.2使用纳米材料的优点　　由于存在尺寸效应，半导体纳米超细微粒产生了一些与块体半导体不同的物理化

6、学特性因而可以显著提高其光催化效率[3]。纳米材料具有如下优点：　　超细微粒的量子尺寸效应会导致其吸收光谱的吸收带边红移和半导体催化剂活性的提高[4]。　　纳米材料粒径通常小于空间电荷层的厚度，使电子从内部扩散到表面的时间减少，提高了光致电荷分离的效率。　　纳米材料尺寸很小，处于表面的原子很多，比表面积很大，增强了半导体光催化剂吸附有机污染物的能力。　　　　1.3光催化材料的选择　　常见的光催化剂多为金属氧化物或硫化物，如TiO2，ZnO，ZnS，CdS及PbS等。但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因，实用性较好的有Ti

7、O2[5]和ZnO,其中TiO2使用最为广泛。　　TiO2的综合必能最好，其光催化活性高（高于ZnO），化学性质稳定，氧化还原性强、抗光阴极腐蚀性强、难溶、无毒且成本低[6]，是研究及应用中采用最广泛的单一化合物光催化剂。　　TiO2晶型对催化活性的影响很大[7]。其晶型有三种；板钛型（不稳定），锐钛型（表面对O2吸附能力较强，具有较高活性），金红石型（表面电子-空穴复合速度快，几乎没有光催化剂活性）。以一定比例共存的锐钛型和金红石型混晶型TiO2的催化活性最高。　　2国内外研究和应用情况　　国内外研究光催化分解

8、有机污染物的有关文献较多，但涉及处理空调领域低浓度（10-6级）VOC的研究却很少。　　　　2.1国外研究动态　　美国的Obee等人们专门研究了使用纳米TiO2材料光催化清除室内由建材、电器、家具等散发出的有害气体的情况[7、8]，探讨了空气湿度及有害气体初始浓度对氧化速率的影响。　　试验采用的VOC为甲苯、甲醛和1，3-丁二烯。甲醛是室内主要的空气污染物，对人体健康有重