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纳米光触媒有哪些特征?
作者: 光触媒 时间: 2017-06-16

 光触媒已经面世几十年了,是从日本引进的,在中国加以发展改进,现今新型光触媒产品以纳米光触媒为先导,6纳米的离子粒径,和打破了以往传统的在光照条件上的限制。现在就让我们来了解一下纳米光触媒的性能特征!

光触媒

 光波吸收

  以市面最多的光触媒纳米二氧化钛为例:

  纯净的纳米二氧化钛粉末,只能吸收400nm以下的紫外光,在自然环境下,紫外光占有比例较低,不足自然光的10%,因而纯净的纳米二氧化钛基本没有光触媒的功效。

  所以,为使二氧化钛可以吸收可见光,甚至吸收远红外光,必须采用特殊材料的配制掺杂技术。

  比如采用固相合成、过渡金属离子和非金属离子掺杂、金属-有机络合物、表面敏化、半导体复合等多种方法,对光触媒进行可见光诱导。2000年以来,还发现纳米贵金属(铂、铑、钯等)与光触媒材料进行配位螯合后,会极大提高光生载流子的分离效率和抑制电子-空穴的重新复合,从而进一步拓宽了二氧化钛的光 波吸收范围,这些纳米贵金属也被称为“光触媒的维生素”。日本汽车尾气净化装置已大量使用纳米贵金属制成的催化剂。

  纯净光触媒技术只能在紫外光下作用,这已经是2000年前的技术 了。21世纪国际光触媒技术的发展方向是化学配位键螯合功能元 素掺杂技术,使用这种技术可以极大增强光触媒材料的光催化协同效应,从而可以吸收可见光,甚至可以吸收远红外光。

  2003年,中国首先发明远红外光触媒技术,标志着在光触媒的光波吸收技术上,已经超出世界水平。【见中国化工信息中心《查 新报告(2003-021)》】

  耐候性

  光触媒产品经受气候的考验,如物理磨损、冷热、自身晶格缺陷等造成的综合破坏,其耐受能力叫耐候性。

  纯净的光触媒粉末不具有实用性,很简单,风一吹就没了,所以 必须做成粘合型的溶液,而且溶液干燥后会吸附在各类家具表面 ,不容易磨损及掉落。要实现这个性能,不添加黏合剂是做不到的,所以不含黏合剂的光触媒溶液产品要么是炒作,要么就是干燥后会大量掉落。


  纯净光触媒在光照射下,除了能发生光催化反应外,还会发生光化学活性反应,这种光化学活性反应是由光触媒内在晶格缺陷引 起的,这种反应会释放新生态氧[O],新生态氧通过物质迁移,与光触媒本身及家具表面材料进行反应,会导致物质有机聚合物氧化,最终造成涂膜的粉化和失光,缩短其使用寿命,造成家具表面失色或斑驳。所以,必须要对光触媒进行特殊工艺的无机包覆,从根本上解决光触媒的光化学活性反应问题。


  由上两条可知,将光触媒产品是否纯净,是否含有分散剂作为评价光触媒性能是否优劣的标准是不科学的。

  纯净的光触媒只能吸收紫外光,可吸收可见光甚至远红外光的光触媒必然螯合了其他活性催化材料。


  有效浓度

  光触媒本身是一种催化剂,不直接参与降解反应,它通过吸收光能把水或氧气转化成强氧化活性基团,而强氧化活性基团使空气污染物降解,所以必须直接接触到水分子或氧分子。


  因而,在浓度因素中,决定光触媒性能的是有

效接触浓度,即可以与水或空气接触的光触媒浓度,而不是某一种产品的浓度。比如一块二氧化钛瓷砖,如果大量的二氧化钛被封闭在瓷砖内部, 就算浓度再高,又有什么意义呢?


  在喷涂产品中,有效接触浓度不仅与溶液中光触媒浓度有关,而 且与喷涂工具、喷涂手法等现场工艺有关。另外,与产品附着性也直接相关,如果干燥后出现大量剥落,就算初始“浓度”再高 ,又有什么意义?


  而且一般光催化反应都是多相光催化过程,反应过程都在界面发生。光催化反应效率由催化剂自身的量子效率和反应过程条件两个方面决定。光催化材料表面的微观结构也很重要,它直接影响了效率。好的光催化材料微观表面应该是粗糙的、 凹凸不平的(以原子力显微镜微观结构照片为准就像遍布陨石坑的月球表面),这样可以增加捕捉甲醛、VOC等有机物气体分子的机率,产生纳米界面材料的二元协同效应进而增强降解净化能力。


  纳米细度

  根据不同光触媒材质不同而不同,一般认为,纳米细度大于50纳 米的光触媒基本不具备光活性,30纳米以下较佳。纯净光触媒的纳米细度可以做到5纳米左右,但只能在紫外光条件下作用。螯合了活性催化元素的光触媒一般分子直径较大,因为螯合元素越多,直径自然越大,当然,螯合越多,光波吸收范围也越宽,螯合型光触媒产品的最佳纳米细度为8~10纳米。


  一般情况下,在相同光波吸收范围下,光触媒纳米细度越小,催化性能越强,但纳米细度也不可能无限降低,一是细度越小,制作成本越高,性价比不高,二是光具有波粒二象性,当材料纳米细度少于一定程度后,会降低粒子性光能的吸收率,三是细度越小,后期越容易团聚。故优质光触媒一般纳米细度均为5~10纳米 。


  负氧离子

  光触媒在进行光催化反应的时候,会产生超氧阴离子自由基(O? ·),伴生负氧离子。

  但可以达到最佳的负氧离子释放功效的光触媒,必须是可吸收远红外光谱,只有这样,白天、晚上及无光的橱柜里,才可全天候释放负氧离子。

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