摘要：光催化的方法是目前我们研制出的新型能源方式，利于我国的可持续性发展，在建筑与设备之中的应用有非常广大的平台。这项技术在进行研究时需要运用到多种交叉性的学科内容，至如今还是有很多技术方面的问题未解决，因此进一步加强对其的研究非常有必要。基于此本文分析了光催化技术在建筑环境与设备中的应用及研究。
关键词：光催化技术；建筑环境与设备；应用
1、光催化技术反应原理
光催化是一种高级氧化技术，采用半导体材料作为催化剂，当能量相当于半导体禁带宽度的光照射到催化剂表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁至导带，形成具有很强活性的电子2空穴对，并进一步诱导一系列氧化还原反应，从而达到去除污染物的目的[5]。目前，大多数光催化剂为半导体材料，常见的有TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、InO3、ZnS、SrTiO3、LaCoO3、SiO2等十几种，按成分可分为氧化物光催化剂（如TiO2、ZnO）、硫化物光催化剂（如CdS、ZnS）和复合氧化物光催化剂（如SrTiO3、LaCoO3）。在众多光催化剂中，由于TiO2具有良好的化学、生物和光稳定性，且没有毒性、催化活性高、价格合理、使用寿命长，被公认为是最佳的光催化剂。
TiO2的带隙能为3.0～3.2eV，相当于波长为387.5nm光的能量。在水和空气体系中，当能量超过其禁带宽度的光子照射TiO2表面时，处于价带的电子就会被激发到导带上去，从而分别在价带和导带上产生高活性自由移动的光生电子（e-）和空穴（h+），对于纳米级的TiO2，光激发产生的电子—空穴可很快从体内迁移到表面。空穴是强氧化剂，可以将吸附在TiO2表面的羟基（OH-）和水（H2O）氧化为羟基自由基（?OH），而导带电子是强还原剂，被吸附在TiO2表面的溶解氧俘获而形成超氧阴离子自由基（O2-）；部分超氧阴离子自由基（O2-）可继续通过链式反应生成羟基自由基（?OH）。生成的超氧阴离子自由基和羟基自由基具有较强的氧化性，可攻击污染物的不饱和键，或抽取氢原子产生新自由基，激发链式反应，对它们进行氧化，最终致使污染物降解为无害物质。其反应如下所示：
TiO2+hv———Ti（e-+h+）（1）
h++H2O———?OH+H+（2）
e-+O2+H+———?HO2（3）
?HO2+e-+H+———H2O2（4）
H2O2+e-———?OH+OH-（5）
有机污染物+?OH（或?HO2）———CO2+H2O+其它小分子无机化合物（6）
2、光催化技术应用意义
光催化技术的工作原理是：首先选用一个二氧化钛材料，在其受到太阳光紫外线照射的过程中，材料中的钛原子就会被太阳光所激发出来，然后与空气中的水、氧气相互作用，从而形成加强的氧化力O2-以及氢氧根自由基OH-，这种物质就会分解成一定的二氧化碳与水，并且还能够分解其中的无机物，提高室内空气质量。实质上，光催化技术在净化空气的过程中也就是通过光与电的转换来进行一定的反应，从而达到理想的效果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆过去，人们在提高室内空气质量的过程中，一般都会采用过滤吸附方法进行，这种方法的主要工作原理也就是将室内的污染物转移到另一个地方，并不会彻底清除其污染物，如果工作一段时间后，相关设备中的滤芯就会达到一个饱和的状态，还需要人们对其滤芯进行清洗，无法有效的提高室内空气质量。如今，光催化技术在建筑环境与设备中应用非常广泛，主要是通过太阳光紫外线对内内的污染物进行各种反应，从而消除其中的病毒、细菌以及污染物。在采用这一技术的过程中，我们所使用的材料是二氧化碳，该材料会利用光的作用提高室内空气质量。目前，为了方便人们的生活，相关研究者将这种材料已经应用到土料当中，这样也就能够有效的提高室内的空气质量，并且还能够达到节能环保的目的，顺应当前社会发展的要求。
3、光催化技术在建筑环境与设备中的应用
3.1光催化技术在杀菌方面的应用
一九九七年纳米二氧化钛被涂在玻璃上，在光进行照射三小时之后，大肠杆菌就能够完全被消灭掉，后来经过试验，证明了纳米二氧化钛不光是对大肠杆菌有效果，对多种给菌类与藻类都能够完全去除，不过利用二氧化钛进行杀菌通常都是需要有光照的条件下才能展现效果。以往的无机种类的杀菌剂都包含着锌、铜、银等粒子，并不要通过光射来反应就能够去除细菌，不过在去除细菌之后，会释放出毒素，内毒素是一种能够致命的物质，不过纳米二氧化钛就能够将毒素全部去除。必须进行说明的就是二氧化钛自身对各种微生物并不具有毒性，形成毒性的条件就是大面积聚集。如今北京的工业大学与新加坡名校进行合作，对这项技术进行了研究其去除塔内细胞，已经出现了效果。日本富士化水工业株式会社、国立环境研究所、成蹊大学、筑波大学正在对利用光催化技术防止冷却塔藻类的生成和杀菌进行深入研究。
3.2光催化技术在涂料方面的应用
目前，针对国内的纳米TiO2应用研究，主要集中在复合涂料的室内应用。依照可靠的实验测试表明：纳米涂料能有效地分解室内的有机污染物，氧化去除空气中的氮氧化物（NOX）和硫氧化物（SOX）以及各类臭气等，并且不会产生二次污染。为了提高涂料在使用整体的性能，可以选择加入纳米材料，而且还能够拓展实际的功效，比如在遇到其它影响可以提升自我修复的能力。此外，随着人们对紫外线的益处以及危害认识的全面性，在装修行业也加大了在这方面的重视程度，首先，在门窗玻璃的安装材料就可以加入纳米技术，可以抵挡紫外线当中有害物质，这些在医院以及日常民用建筑使用较多。
3.3光催化技术在净化器方面的应用
虽然说纳米TiO2光催化优点很多：还原性强、净化效果彻底等。但是还是会受到污染物的影响，比如当其浓度较低的时候，就会催生有害体，不利于到整个室内的净化。室内空气中挥发性污染气体繁杂，而且相对来讲浓度不高，如果直接将光催化技术应用到空气净化器中不但没有产生处理效果，还会造成一定的危害。目前，我国最主要的还是吸附形式存在的净化器，尽管在某种程度可能会因为操作的问题，生成有害的气体，但是吸附力强是它最大的特点。所以，为了更好地处理室内的空气净化，需要将纳米技术光催化以活性炭吸附科学的结合，趋利避害。这是由于低浓度污染气体首先被活性炭吸附其上，通过一定方式的复合，可以显著提高TiO2对低浓度污染物的净化效果，TiO2也不断地将吸附在活性炭上的有机物分解为CO2和H2O，有利于活性炭再生，而且针对处理慢的问题也可得到有效的解决。因此，产生了活性炭-纳米TiO2光催化室内空气净化器。
总之，光催化技术是在相应国家绿色环保政策方针的基础上发展而来的一种新型绿色技术，其具有能耗低、操作简单、污染小、循环使用等优点，在实际工作中受到了人们的广泛关注，进一步加强研究非常有必要。
参考文献
[1]张浩，赵江平，王智懿，谢红梅，宋倩文.环境安全中光催化技术的应用[J].中国安全科学学报，2008（09）：172-176.
[2]王明晖，聂晶，李静.光催化技术在水处理中的研究进展[J].能源与环境，2012（02）：51-52+57.
[3]贾晓磊.光催化技术在电石渣浆废水处理中的实验研究[D].西安建筑科技大学，2009.
论文作者:任少宾,任小康
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/11
标签：光催化论文; 技术论文; 污染物论文; 室内论文; 就会论文; 催化剂论文; 自由基论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;