使用光催化技术的多功能建筑材料

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1、使用光催化技术的 被报道后 ， 引起了世界各国科学家的关注 ， 随后进行的研究表明很多半导体材料如氧化锌 、 氧化铁 、 氧化钨、 硫化镉 、 二氧化钛等都具有光催化性能 。 这些光催化性 能包 括 ：1.光催化氧化性 能 ： 在光照下 ， 光催化剂具有分解福州大学光催化研究所 邵 宇 各 种 有 机 污 染 物 的 能 力 ， 可 以 将 有 机 物 分 解 为 CO 、2H O 等 无 机 小 分 子 物 质 。22.光至超亲水性 能 ： 负载有光催化剂薄膜的材料，在光照下 ， 表面具有超亲水性能 ， 水滴可在其表面形成 水 膜 。3. 能吸收紫外 线 ： 一层几十纳米厚的二氧化钛光 催

2、化 薄 膜 可 以 吸 收 阳 光 中 几 乎 全 部 的 紫 外 线 ， 而 可 见 光 部 分 则 可 完 全 通 过 。摘 要 ： 光催化技术可以应用在建筑 、 环保 、 食品 、 卫生医药等领域 ， 利用光催化技术制备的自清 洁材料和抗菌材料已经进入装饰装修市场 ， 而光催 化 空 气 净 化 装 置 也 已 进 入 家 庭 。关键词 ： 光催化技术 应用 建筑材料进入 20 世纪 90 年代 ， 随着纳米技术的高速发展，纳 米 制 备 技 术 和 光 催 化 技 术 相 结 合 ， 使 得 纳 米 光 催 化 剂 的 工 业 生 产 成 为 可 能 。 由 于 二 氧 化 钛 光 催

3、 化 剂 具 有 成 份 稳定 、 对人体无毒害作用 、 光催化氧化能力强和原材料成本低 、 价格便宜等诸多优点 ， 获得了人们的青睐 。 现近 年 来 ， 光 催 化 技 术 在 应 用 研 究 领 域 里 取 得 了 长 足进展 ， 以纳米二氧化钛为主要成分的光催化剂已在环 保 、 建筑等多个领域里广泛使用 ， 各种各样具有光催化 性 能 的 高 技 术 产 品 不 断 问 世 。 在 市 场 上 出 现 了 光 催 化 杀 菌材料 、 自清洁瓷砖 、 光触媒涂料 、 抗雾玻璃和光催化 空 气 净 化 器 等 一 系 列 产 品 ， 使 光 催 化 技 术 逐 渐 形 成 一 个 面 对

4、大 众 的 产 业 。 但 大 多 数 人 对 这 一 科 技 领 域 还 缺 乏 了 解 。 那 么 什 么 是 光 催 化 技 术 ？ 它 有 什 么 功 能 ？ 本 文 将 对此 作 一 介 绍 。在， 商业应用领域的光催化剂均以 TiO 为主要成份。2在世界范围内，日本最早开始光催化技术产业化工作， 产业化规模也最大， 早在 1994年日本石原产业公司就开发了高性能纳米 TiO 光催化剂 ， 1995年日本2东陶公司推出表面固定有 TiO 光催化剂薄膜的抗菌砖2瓷， 这是第一种实际应用 TiO 光催化能力的建材产品。2到目前为止 ， 日本 有 1000多家企业生产与光催化技术 有 关

5、的 产 品 并 参 与 技 术 开 发 。根据用途不同，具有光催化性能的建筑材料可分 为抗菌材料 、 自清洁材料和环境净化材料。1 抗菌材料 作为抗菌材料的光催化剂往往需要在催化剂中添加银 、 铜等金属离子 ， 以加强光催化剂的灭菌性能 ， 将 这种光催化剂负载在陶瓷 、 玻璃 、 金属等载体表面 ， 即 可 制 成 具 有 抗 菌 能 力 的 建 筑 装 饰 材 料 。 在 室 内 荧 光 灯 的 照射下 ， 负载有光催化剂的抗菌瓷砖可在 1小时内杀死 绝大多数附着于其上的大肠杆菌 、 绿浓杆菌 、 金黄色葡萄球菌 。 东陶公司最新开发的光催化银系列抗菌瓷砖，光 催 化 是 光 化 学 的

6、一 个 组 成 部 分 ， 光 催 化 反 应 利 用光催化剂吸收光能 ， 并将其转化为化学能 ， 促使吸附在 催 化 剂 表 面 的 物 质 发 生 化 学 反 应 ， 而 催 化 剂 本 身 不 发 生 变化 。 实际上光催化反应始终存在于我们身边 ， 绿色植 物 的 光 合 作 用 就 是 一 种 典 型 的 光 催 化 反 应 ， 叶 绿 素 作 为 生 物 光 催 化 剂 通 过 吸 收 光 能 ， 将 水 和 二 氧 化 碳 转 变 为 氧 气 和 葡 萄 糖 ， 这 一 光 化 学 反 应 直 接 维 持 了 包 括 人 类 在 内 的 地 球 上 大 多 数 生 命 的 生 存

7、 。具有现代科学意义的光催化学科始于 20世纪 6070 年代 ， 前苏联科学家首先发现二氧化钛材料在阳光光催化技术简介前 言光催化技术制造多功能建筑材料多 功 能 建 筑 材 料医院的手术室 、 病房等处 ， 可保持墙壁的清洁 ， 有效降低 房 间 内 空 气 中 浮 游 菌 数 量 。 日 本 神 户 制 钢 公 司 对 金 属侧 的 构 筑 物 和 建 筑 物 的 外 墙 上 ， 把 这 些 建 筑 变 成 净 化 氮氧 化 物 和 其 他 有 害 气 体 的 巨 大 净 化 场 。 阪 神 高 速 道 路 集 团 在 阪 神 高 速 公 路 上 ， 用 光 催 化 净 化 涂 料 涂

8、刷 了 3 800m2 的 混 凝 土 高 栏 和 吸 声 隔 音 墙 。 北 京 市 也 计 划 在 道 路 隔 离 等 设 施 上 面 ， 涂 刷 光 催 化 净 化 涂 料 ， 以 改 善 空 气 质 量 。利用活性炭 、 多孔陶瓷 、 金属网等材料做载体 ， 负钛材料进行表面处理， 形成光催化活性很高的 TiO 膜，2开发成功有抗菌 、 防霉功能的光催化钛装饰材料 ， 并用 于 医 疗 卫 生 机 构 大 楼 的 建 筑 装 修 。 我 国 广 东 佛 陶 集 团 赛 纳公司也开发出能利用光催化效应的抗菌保洁陶瓷制 品。此 外 ， 北 京 普 仁 科 技 有 限 公 司 开 发 的 液

9、 体 光 催 化 溶 胶 ， 经 中 科 院 微 生 物 研 究 所 和 中 国 药 品 生 物 制 品 鉴 定 所 检测 ， 用该溶胶镀膜后的陶瓷餐具有着显著的抗菌作 用， 灭 菌 率 达 到 99%。2 自清洁材料 自 清 洁 材 料 使 用 的 光 催 化 剂 具 有 良好 的 光 催 化 氧 化能 力 和 表 面 超 亲 水 性 能 ， 如 浙 江 荣 联 陶 瓷 有 限 公 司 生 产 的 X-Cera自清洁瓷砖 ， 在光照条件下可有效分解瓷砖 表面黏附的油污 、 并使染料污迹退色 。 其光至亲水性能 可显著降低瓷砖表面灰尘的附着力 ， 在雨水的冲刷下， 灰尘脱离瓷砖表面 ， 使瓷砖

10、自清洁。日本开发的汽车后视镜用自清洁 PET 薄膜和汽车 车身专用超亲水性涂料 ， 均已被日产汽车公司采用 。 据 测 算 ， 用 自 清 洁 材 料 涂 装 的 汽 车 可 以 减 少 洗 车 用 水90% 。载 TiO 光催化剂 ， 制成空气净化材料 ， 可以作为空气2净 化 器 的 核 心 部 件 ， 拥 有 光 催 化 空 气 净 化 材 料 的 净 化 器 能够有效处理室内空气中的甲醛 、 苯等有害污染气体， 净 化 室 内 空 气 。现在 ， 已有多个国家 、 十几个公司开发出用于空气 净化的光催化空气净化器 ， 日本的夏普 、 大金等知名企 业 制 造 的 光 触 媒 空 气 净

11、 化 器 在 日 本 市 场 已 经 获 得 广 泛 认 可 ， 韩国三星也在生产 、 出售光催化空气净化器 ， 美国 将 光 催 化 空 气 净 化 器 用 于 航 天 飞 机 ， 而 我 国 生 产 的 光 催 化 空 气 净 化 器 也 已 打 入 国 际 市 场 。此 外 、 由 于 二 氧 化 钛 光 催 化 剂 对 紫 外 线 具 有 完 全 的 吸 收 性 能 ， 可 以 将 其 作 为 紫 外 线 吸 收 剂 添 加 到 高 档 涂 料中 ， 以及制备抗紫外线薄膜。YKK（株）开发出表面经过 TiO 处理的具有防污 在 光 催 化 技 术 领 域 里 ， 光 催 化 剂 和 光

12、 催 化 产 品 还 存在一些问题 ， 这些问题主要 有 ：1.光能转化率低 ， 仅能利用阳光中的紫外部分 ， 在 室内使用时 ， 如果没有阳光或荧光灯的照射 ， 则没有性 能 ， 或性能很快消失。2.光 催 化 剂 还 不 能 快 速 处 理 高 浓 度 的 有 机 污 染 物 ， 光 催 化 氧 化 性 能 还 有 待 提 高 。3.材 料 的 负 载 问 题 ， 即 如 何 在 保 证 光 催 化 性 能 的 同 时 ， 将光催化剂牢固地负载在材料表面。为 解 决 这 些 问 题 ， 研 究 人 员 正 在 从 事 高 效 率 可 见 光 光 催 化 剂 和 光 催 化 剂 负 载 化

13、与 成 膜 技 术 方 面 的 基 础 研 究 工作。随着光催化技术的普及 ， 各种各样的光催化产 品 、 材料将大量涌现 ， 光催化技术作为一个产业已逐渐 形 成 ， 随 之 而 来 的 商 业 机 会 反 过 来 也 将 促 进 光 催 化 理 论和 应 用 研 究 的 发 展 。2功 能 的 铝 合 金 新 型 建 材 ， 并 在 日 本 仙 台 建 成 一 座 面 积 为800m2 铝合金帐篷 。 利用光催化材料的自清洁性能 ， 东 陶 公 司 还 开 发 了 不 需 清 洗 维 护 的 透 光 隔 音 壁 、 路 旁 标 牌 和广告牌 、 外部装饰用瓷砖等产品。在 我 国 ， 北 京

14、 纳 美 科 技 发 展 有 限 公 司 使 用 自 行 研 制 的 光 催 化 自 清 洁 涂 料 装 饰 了 北 京 首 都 体 育 馆 、 北 京 工 人 体育场 、 北京奥体中心等三处体育场馆。3 环境净化材料 光 催 化 技 术 还 可 以 用 于 大 气 环境 净 化 ， 日 本 一 家 大型 水 泥 公 司 和 一 家 建 筑 公 司 合 作 研 制 出 具 有 空 气 净 化 能力的含 TiO 光催化剂的水泥 ， 并将其铺设在路面上 ， 以2降解汽车尾气中的氮氧化物 ， 据东京环境卫生局的测试 ， 铺设 TiO 光催化水泥的公路至少可吸收汽车尾气2中 1/4的氮氧化物 。 美国

15、洛杉矶市在交通繁忙的道路两 边 ， 铺设有加入纳米二氧化钛光催化剂的混凝土地砖， 以净化氮氧化物 ， 保障人体的健康 。 日本大阪府也在大 阪 府 临 海 线 道 路 两 侧 设 置 了 用 于 净 化 氮 氧 化 物 的 光 催 化 净 化 混 凝 土 墙 。日 本 的 长 崎 市 将 自 清 洁 建 筑 涂 料 涂 刷 在 高 速 公 路 两参考文 献 ： 纳 米 材 料 科 学 与 技 术 王 永 康 王 立 等 纳 米 氧 化 钛 光 催 化 材 料 及 应 用 高 濂 郑 珊 张 青 红 著T iO2 PHOTOCATALYSIS Fundamentals and Applications Dr. Akira Fujishima Dr. Kazuhito Hashimoto Dr. Toshiya Watanabe展 望file:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档 .txtdf机及ov及 ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/ 新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56