用于治理室内空气污染的光催化仿生植物的设计

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1、用于治理室内空气污染的光催化仿生植物的设计摘要：文章介绍了一种基于光催化技术降解室内空气污染物的仿生植物的设计。对仿生植物的设计思路、设计原理、以及仿生植物各组成部分所采用的材料及作用进行了详细介绍，并对该新型光催化产品的应用领域与前景进行了展望。关键词：空气污染；光催化；降解；仿引言室内空间主要包括家庭住宅、工作单位、学校商场等公共场所以及汽车、火车及飞机等交通工具等环境。对于现代都市居民而言，日常生活中大部分时间是在室内度过的，其中儿童和老人在室内时间更长，在北方严冬及南方酷暑季节，人们在室内的时间可高达达90%以上。随着人们收入

2、的增加以及生活水平不断提高，人们对自己家居、工作、生活娱乐等环境的条件要求不断提高，近年来，室内装修不断升级，但由于装饰施工材料以及装饰施工等各方面原因，在精心装修后的室内环境里，甲醛、苯等污染物超标现象十分普遍，这些室内空气污染物对人们的身体造成了不同程度的损伤，不仅可以引起人体的不舒适、慢性呼吸道疾病，严重时还可以引发白血病等癌症［1-2］。如何防止室内空气污染，净化室内空气，已经成为人们关注的焦点。目前来看，去除室内空气污染比较常用的处理方法有以下几种：微生物处理法、物理吸附法以及化学氧化法。尽管上述这些方法虽然对甲醛、苯等空气

3、污染有一定的治理效果，但也存在以下主要缺点：一是能耗偏高，二是效率低，三是污染物去除不够彻底，容易带来二次污染，这些缺点使得这些方法的应用和推广收到限制。人们迫切要求研制开发绿色环保，低耗高效的新型污染去除材料以及室内污染处理技术。部分绿色植物如绿萝，吊篮，龟背竹，具有吸收有毒气体的功能，但天然植物的种植需要合适的温度、水分、阳光、雨露及肥料，如果在密闭的商场内，汽车内等室内场合，很容易死亡。纳米TiO2是一种新型环保的功能纳米材料，它无毒无害，具有良好的化学稳定性以及优异的光催化活性。作为光催化剂，纳米TiO2在水处理，空气污染物处

4、理，杀菌消毒等领域有着广泛应用［3］。为了适应日常生活的需要，也开发了不同形式的纳米TiO2光催化剂，比如可以接受日照净化空气得光催化剂窗帘、光催化剂涂料等，但这些产品都是固定在一个位置，也不具备美化环境的效果。而本设计是将纳米TiO2光催化性能应用到空气净化领域的一个新思路。文章介绍了一种基于光催化技术降解室内空气污染物的仿生植物的设计，从移动性，美观性及实用性角度来看，都是一种具有广阔应用前景及市场的光催化产品。1仿生光催化植物的空气净化原理光催化是指在光照条件下，光催化剂可以借助光能把有机污染物降解成为C02以及H20等无机小分

5、子的一种方法。降解过程中利用太阳光的能源，光催化剂本身不消耗，可重复使用，并且没有二次污染，是高效、经济、环保的绿色处理方法。近几十年来，光催化技术得到不断发展，从最初的TiO2—种，已经发展到氧化物、硫化物、复杂氧化物等多种不同光响应能力的系列和产品。光催化锅中中，光催化剂能够将水或者吸附的溶解氧转化成羟基自由基（？0H）和超氧离子（？02-），而这些基团都具有非常强的氧化性，能够降解大部分有机污染物，甚至能够降解无机物。目前的研宄发现，室内空气污染物主要有：甲醛、苯系物、氨气、氡气等。通过光催化技术可以实现快速分解多种气相有机污染

6、，其中包括醛、醇、酮、烃、等等，在室内空气污染中，甲醛和苯系污染物最多，危害也十分严重，是最需要净化的两类污染物。甲醛为一种有强烈刺激性气味、无色有毒气体，是制造树脂、油漆、塑料等产品的原料，也是装饰用人造板中粘合剂的重要原材料。甲醛的释放过程可能长达数年甚至数十年。甲醛的吸入不仅可以引起人体呼吸道疾病等一系列疾病，对人体的神经系统以及免疫系统也有明显毒害，严重时可致畸、致癌。苯系污染物主要为苯、甲苯以及二甲苯，是一种无色或浅黄色透明液体，容易挥发，具有强烈芳香气味，易燃烧有毒性，它主要来源于装饰用涂料、油漆、粘合剂等等。空气中苯系污

7、染物的吸入可导致头痛头昏、贫血以及感染等症状，长期大量吸入可影响生殖系统，严重时可引起白血病等重大疾病。甲醛以及苯的光催化降解机理主要是：在光照条件下，光生电子和空穴可以将催化剂表面的吸附的氧气和微量水还原或氧化为?02-和?0H，然后在空穴、？02-和?0H这些具备强氧化性的基团作用下，进一步实现甲醛以及苯的深度氧化，最终变为C02和H20,达到空气净化的作用［4］。2仿生光催化植物的主要结构针对上述现状，文章设计了一种仿生Ti02光催化植物，植物主要包括有害气体的吸附体系，紫外及可见光吸收体系以及光催化降解体系。图1是文章所设计的

8、仿生光催化植物示意图，光催化降解体系主要有以下几部分组成。（1）有毒气体吸附系统：有毒气体降解的第一步是有毒气体的吸附，本设计主要是利用活性炭与泡沬镍的优良吸附功能。仿生植物主干枝条采用泡沫镍材料制备，中空部分采用活性炭