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光触媒技术定义
纳米材料在光的照射下,把光能转变成化学能,促进有机物的合成或使有机物降解的过程就是光触媒技术。这一过程也叫做光催化,所以光触媒技术又叫做光催化技术。
光触媒技术原理
纳米光触媒在光照射下,价带电子被激发到导带,形成了电子和空穴,与吸附于其表面的O2和H2O作用,生成超氧化物阴离子自由基,O2-和羟基自由基-OH,其自由基具有很强的氧化分解能力,能破坏有机物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、N-H键,分解有机物为二氧化碳与水;同时破坏细菌的细胞膜固化病毒的蛋白质,改变细菌,病毒的生存环境从而杀死细菌、病毒。
各种生产方式都有各自的特点:
1、沉淀法:易产生物料局部浓度过高的现象,难以控制粒子的形态,而且生产过程中三废严重。厂家处理污染成本很大。
2、溶胶凝胶法:制备方法简单,成本较低,温度容易控制。加入硝酸水溶液作用:抑制水解;使得胶体粒子带有正电荷,阻止胶粒凝聚。用此法制备溶胶稳定,但是生产出的光触媒晶型难以控制,附着力差。
3、W/O微乳液法:原料成本很高,工业化难度大。
4、液相法:需要通过煅烧才能得到锐钛型、金红石型或混合晶型粒子,生产过程中极易导致粒子团聚或烧结。
5、水解法:以TiCl4高温氧化反应为主,能直接得到锐钛型、金红石型或混全晶型粒子,分离较困难,使用大量有机物,这种方法制成的光触媒时效短,放置时间长会出现分层。
生产技术难点
1、分散技术。二氧化钛不溶于水,如何均匀将纳米二氧化钛分散在水中。分散技术为企业的核心商业秘密。一般企业不能具备这种能力,因为对技术、设备要求非常高。
2、规模化生产的能力。实验室里能生产出来的产品,不一定能规模化生产,规模化的生产要低成本并能控制质量的稳定。
主要分气相法跟液相法
气相法中的TiCl4氢氧火焰水解法,产品纯度搞粒径小,表面积大,分散性好,团聚程度较小,对设备材质要求较严,对工艺参数控制要求精确,因此产品成本较高。此外气相法还有 TiCl4气相氧化法,钛醇盐气相水解法等。
液相法中的水热合成法制得的超细产品纯度高,分散性好,晶型好且颗粒大小可控,但该法要经历高温过程,对设备的材质和安全要求较严。溶胶-凝胶法具有纯度高,均匀性强,合成温度低,反应条件易于控制,特别是制备工艺相对简单,无需特殊贵重仪器,同时具有制得薄膜孔径小,孔径分布范围窄等优点。
光触媒技术中材料的分类
已研究的光触媒材料有TiO2、ZnO、Cds、WO3、Fe2O3,PbS、SnO3、In2O3、ZnS、SrTiO3和SiO2等十几种,这些半导体氧化物都有一定的光催化降解有机物的活性并且稳定、无毒。因其中大多数易发生化学或光化学腐蚀,不一定适合作为通用性的光催化剂。通常讲的光触媒都是以纳米二氧化钛为主要原料。
光触媒技术对生活的益处
折叠空气净化
对甲醛、苯系物、挥发性有机物、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、汽车尾气等影响人类身体健康的有毒物质,在光催化作用中,分解为二氧化碳和水,从而净化空气。
折叠抗菌防霉
对大肠杆菌、金色葡萄球菌、肺炎杆菌、霉菌等病菌具有杀灭功能的同时还能分解由病菌释放出的有害物质。
折叠除臭除味
生活环境的臭味大多是有机物,如油漆中的有机溶剂,馊水中的含氮有机物气体,香烟味、厕所臭、动物臭等等,有机物都有碳基极易与纳米光触媒反应,从而分解为没有污染的CO2和H2O。
折叠防污自洁
物体表面的污垢大多是含油脂污染物。油脂也是有机物,基于光催化的机理所以能分解后剥离于物体表面。
折叠亲水防雾
二氧化钛光触媒表面与水滴的接触角几乎是零度,所以表面覆有二氧化钛光触媒的物体都有亲水防雾的功能。