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自1972年，A.Fujishima和K.Honda在n型半導(dǎo)體TiO2電極上發(fā)現(xiàn)了水的光電催化分解作用之后，國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)TiO2產(chǎn)生了深厚的興趣。TiO2氧化活性較高，化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)人體無(wú)毒害，成本低，無(wú)污染，應(yīng)用范圍廣，因而最受重視，是目前應(yīng)用最廣泛的納米光催化材料，也是最具有開發(fā)前途的綠色環(huán)保型催化劑。

應(yīng)用領(lǐng)域

納米TiO2能處理多種有毒化合物，包括工業(yè)有毒溶劑、化學(xué)殺蟲劑、木材防腐劑、染料及燃料油等，迄今詳細(xì)研究過的有機(jī)物達(dá)100種以上。此外，TiO2光催化技術(shù)也被用于無(wú)機(jī)污染物的處理。利用光催化法在檸檬酸根離子存在下，可以使Hg2+被還原成Hg而沉積在TiO2表面；此法同樣適用于鉛。TiO2光催化可能降解的無(wú)機(jī)污染物還有氰化物，SO2、H2S、NO和NO2等有害氣體也能被吸附在TiO2表面，在光的作用下轉(zhuǎn)化成無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。

1．空氣凈化

當(dāng)前解決空氣污染主要有物理吸附法(活性炭)、臭氧凈化法、靜電除塵法、負(fù)氧離子凈化法等，但是這些方法自身都有著難以克服的弊端，所以一直難以大范圍地推廣使用。與其相比，利用納米光催化TiO2凈化空氣則有如下優(yōu)點(diǎn)：降解有機(jī)物的最終產(chǎn)物是CO2和H2O，沒有其它毒副產(chǎn)物出現(xiàn)，不會(huì)造成二次污染；納米微粒的量子尺寸效應(yīng)導(dǎo)致其吸收光譜的吸收邊藍(lán)移，促進(jìn)半導(dǎo)體催化劑光催化活性的提高；納米材料比表面積很大，增強(qiáng)了半導(dǎo)體光催化劑吸附有機(jī)污染物的能力。

利用納米光催化TiO2治理空氣污染已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外都出現(xiàn)了很多產(chǎn)品，例如納米空氣凈化器、中央空調(diào)凈化模塊、光觸媒涂料等，市場(chǎng)前景非常廣闊。

2．水處理

傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到好的解決。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題。

研究表明，納米TiO2能處理多種有毒化合物，可以將水中的烴類、鹵代烴、酸、表面活性劑、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑、木材防腐劑和燃料油等很快地完全氧化為CO2、H2O等無(wú)害物質(zhì)。此外，納米TiO2在降解毛紡染料廢水、有機(jī)溴（或磷）殺蟲劑等到方面也有一定效果。無(wú)機(jī)物在TiO2表面也具有光化學(xué)活性。例如，廢水中的Cr6＋具有較強(qiáng)的致癌作用，在酸性條件下，TiO2對(duì)Cr6＋具有明顯的光催化還原作用。在pH值為2.5的體系中，光照1h后，Cr6＋被還原為Cr3＋。還原效率高達(dá)85%。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機(jī)化合物可以在紫外線的照射下通過納米TiO2或ZnO而迅速降解，特別是當(dāng)水中有機(jī)污染物濃度很高或用其他方法很難降解時(shí)，這種技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。德國(guó)開發(fā)出了利用陽(yáng)光和光催化劑對(duì)污水進(jìn)行凈化的裝置，每小時(shí)可凈化100-150升水。

雖然利用納米光催化TiO2進(jìn)行水處理目前還未得到廣泛應(yīng)用，但我們可以看出它未來的應(yīng)用前景必將非常廣闊。

3．殺菌消毒

納米TiO2的殺菌作用是利用光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧類與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)的組成成分進(jìn)行生化反應(yīng)，使細(xì)菌頭單元失活而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并且能使細(xì)菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素分解。研究表明：將TiO2涂覆在陶瓷、玻璃表面，經(jīng)室內(nèi)熒光燈照射1小時(shí)后可將其表面99％的大腸桿菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌等殺死。

目前國(guó)外新型無(wú)機(jī)抗菌劑的開發(fā)與抗菌加工技術(shù)進(jìn)展較快，已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品，其中TiO2高催化活性納米抗菌劑是市場(chǎng)前景最好的品種。日本在TiO2光催化抗菌材料研究與應(yīng)用起步較早，日本東陶等多家公司開發(fā)的光催化TiO2抗菌瓷磚和衛(wèi)生潔具已經(jīng)大量投放市場(chǎng)。日本將今后發(fā)展的目光投向歐美國(guó)際抗菌產(chǎn)品市場(chǎng)，預(yù)計(jì)海外市場(chǎng)將是其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的10倍，他們也極其關(guān)注中國(guó)抗菌塑料近年來的迅猛發(fā)展，紛紛搶灘中國(guó)市場(chǎng)。

應(yīng)用現(xiàn)狀

在當(dāng)今世界性的環(huán)境污染問題越來越受到各國(guó)政府重視的情況下，利用納米材料進(jìn)行環(huán)境治理已經(jīng)成為各國(guó)高科技競(jìng)爭(zhēng)中的一個(gè)熱點(diǎn)。在納米光催化方面日本、美國(guó)等國(guó)家均投入巨資開展研究與開發(fā)工作，并大力推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化，目前已有多種產(chǎn)品出現(xiàn)，其中所使用的納米光催化材料絕大多數(shù)都是TiO2。

1．日本

日本對(duì)于納米TiO2光催化的研究較早，現(xiàn)在已有多家日本公司生產(chǎn)出了多種納米光催化的實(shí)用產(chǎn)品，見表1：

表1日本前十大催化公司及其主要產(chǎn)品

公司名稱主要產(chǎn)品公司名稱主要產(chǎn)品

東芝有除臭作用之光催化材料松下電器光催化空氣凈化器

隧道照明防污燈具具抗菌功能照明燈具

應(yīng)用于照明燈具防污光催化膜除臭凈化設(shè)備

具光催化功能的高壓鈉燈管低折射率且具光催化功能薄膜

透光率好且平面光滑的照明燈具用于空氣凈化的光催化劑

三菱紙業(yè)具除臭效能的紙箱東陶機(jī)器汽車用防污用光催化膜

空氣凈化器光催化親水性薄膜復(fù)合材料

具除臭效能的熱風(fēng)干燥器防污抗菌陶瓷器

具除臭抗菌作用的冷藏柜空氣凈化系統(tǒng)

適用于高溫高濕下除臭板油性防污材料

防臭抗菌面罩光催化防污導(dǎo)電建材

石川島播磨重工業(yè)密室環(huán)境的凈化設(shè)備大慶工業(yè)空氣凈化器

貨車與船舶防污建筑物空調(diào)系統(tǒng)

儲(chǔ)柜內(nèi)部的凈化設(shè)備車用空氣凈化設(shè)備

土壤凈化方法與器具光催化凈化設(shè)備

抗菌功能食品儲(chǔ)藏柜匯豐汽車小型化空氣清潔機(jī)

短時(shí)間內(nèi)分析光催化機(jī)能的設(shè)備具有濕度調(diào)節(jié)極高清潔能力的設(shè)備

密閉空間空氣凈化機(jī)合金半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑

氣體凈化設(shè)備應(yīng)用于燃燒室內(nèi)防污光催化劑

三菱大氣NOx分解且防污應(yīng)用日立光催化劑附著光源

防帶電效果光催化膜利用光催化的配水系統(tǒng)

有機(jī)襯底光催化機(jī)制備方法光催化除臭器

來源：.tw/public/Attachment/562714282071.doc

2．韓國(guó)

韓國(guó)從1999年開始有光催化方面的專利出現(xiàn)，近年成倍增長(zhǎng)，起初重點(diǎn)為納米光催化材料，近年開始涉及水處理和空氣凈化領(lǐng)域。目前韓國(guó)納米光催化商品規(guī)模仍較小，產(chǎn)品以LG電子利用光催化生產(chǎn)空氣凈化式空調(diào)系統(tǒng)與DohabuCleantech的海水凈化裝置最受好評(píng)。下表為韓國(guó)部分光催化相關(guān)產(chǎn)品資料。

表2韓國(guó)部分光催化相關(guān)產(chǎn)品

公司名稱產(chǎn)品

BatuEnginnering污水處理機(jī)、薄膜材料

Enpion光催化材料、防污材料

G2K二氧化鈦光催化劑

Hanlimtech污水處理機(jī)

Nano光催化劑

NanoPac光催化劑

Pepcon空氣凈化器、除臭系統(tǒng)

來源：.tw/public/Attachment/562714282071.doc

3．美國(guó)

美國(guó)環(huán)保署(EPA)是美國(guó)納米光催化研發(fā)的主要支持單位，其重點(diǎn)著重于水處理方面；包括地下水質(zhì)的改善、廢水處理以及河川污染等。河川污染除了針對(duì)因農(nóng)藥造成污染的研究外，對(duì)油污的研究(包含原油)也有相當(dāng)不錯(cuò)的成果。

4．英國(guó)

英國(guó)倫敦和安大略核子技術(shù)環(huán)境公司開發(fā)了一種新的常溫光催化技術(shù)，利用納米二氧化鈦催化劑，能將工業(yè)廢液和被污染地下水中的多氯聯(lián)苯類分解為CO2和水。

英國(guó)皮爾金頓公司生產(chǎn)出了自潔凈玻璃。在玻璃表面鍍一層具有光催化作用的納米二氧化鈦薄膜，經(jīng)紫外線照射后可有效降解附著在玻璃表面的有機(jī)污染物，同時(shí)具有親水性，使玻璃長(zhǎng)期保持自潔凈效果。

市場(chǎng)前景

據(jù)BCC(商業(yè)通訊)咨詢公司報(bào)道，2004～2009年間，納米催化劑市場(chǎng)預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)6.3％，預(yù)計(jì)2009年全球納米催化劑市場(chǎng)可達(dá)50億美元。過渡金屬氧化物、非對(duì)稱(手性)化合物、碳納米管和其他納米催化劑的增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)由2004年的2％上升到2009年的6.8％。納米催化劑的消費(fèi)在較小型終端用戶領(lǐng)域里，特別是在聚合物方面增長(zhǎng)最快，2004～2009年間年均增長(zhǎng)率將達(dá)23％，能源使用預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)率將為34.5%，納米技術(shù)使用預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)率將為90.4％，其他方面(如親水性涂料)預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)率為35.7％。

在我國(guó)每年僅居室的凈化市場(chǎng)就超過200億元的需求。據(jù)中國(guó)工程院權(quán)威專家預(yù)計(jì)，光催化在中國(guó)每年有100億元的市場(chǎng)容量，其經(jīng)濟(jì)效益在環(huán)境產(chǎn)業(yè)中將占10%。到2010年，每年平均以13%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，預(yù)計(jì)5-10年后的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)能達(dá)到數(shù)百億元。