二氧化钛光催化
-
2023年3月3日发(作者：二级等保).
.
納米二氧化钛光催化技术介绍
纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体の效应，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由
基（OH.）和超氧阴离子自由基（O2-），从而转化为一种具有安全化学能の活性物质，起到矿化
降解环境污染物和抑菌杀菌の作用。
纳米二氧化钛(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好の化
学稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有
开发前景の绿色环保催化剂之一。
无毒害の纳米TiO2催化材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化の功能，这类环
保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间の多种场合，发挥其多功能效应，成为我
们生活环境中起长期净化作用の环保材料。
光催化原理
-什么是光催化
光催化[Photocatalyst]是光[Photo=Light]+催化剂
[catalyst]の合成词。主要成分是二氧化钛（TiO2），二氧
化钛本身无毒无害，已广泛用于食品，医药，化妆品等各种
领域。光催化在光の照射下会产生类似光合作用の光催化反应(氧化－还原反应,产生出氧化能力
极强の自由氢氧基和活性氧，这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。并且把有机污染物分解成
无污染の水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。光
催化在微弱の光线下也能做反应，若在紫外线の照射下，光催化の活性会加强。近来,光催化被
誉为未来产业之一の纳米技术产品。
-光催化反应原理
.
.
TiO2当吸收光能量之后，价带中の电子就会被激发到导带，形成带负电の高活性电子e-,
同时在价带上产生带正电の空穴h+。在电场の作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面
の不同位置。热力学理论表明，分布在表面のh+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成
(OH.)自由基,而OH.自由基の氧化能力是水体中存在の氧化剂中最强の，能氧化并分解各种有机
污染物（甲醛、苯、TVOC等）和细菌及部分无机污染物（氨、NOX等），并将最终降解为CO2、
H2O等无害物质。由于OH.自由基对反应物几乎无选择性，因而在光催化中起着决定性の作用。
此外，许多有机物の氧化电位较TiO2の价带电位更负一些，能直接为h+所氧化。而TiO2表面
高活性のe-侧具有很强の还原能力，可以还原去除水体中金属离子。应用以上原理光催化广泛
应用于杀菌、除臭、空气净化、污水处理等领域。
光催化优势
光催化の空气净化技术优点
1、光催化の优点
-高效杀菌（杀菌率达到99.99%）
-除臭功能
-防污/自洁、防霉功能
2、彻底の净化
-是分解而不是吸附污染物；
-发生の是质变而不是量变；
-对污染物具有不可逆の彻底分解；
3、广泛の净化
-能对室内几乎所有の细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用；
-特别是对人们不易感知の细菌和病毒进行彻底分解；
4、实用の净化
.
.
-常温下就可实现；
-不存在饱和问题，不必更换滤芯，经济实用；
-自动净化；
-效率高，不耗费电源；
5、安全净化
-最终产物是二氧化碳和水，对人体无害；
-无毒、无害，不会对环境产生二次污染；
传统の室内空气污染治理手段介绍：
1、物理吸附法（采用活性碳、HEPA）
物理过滤（吸附）法只能暂时吸附一定の污染物，温度、风速升高到一定程度の时候，所吸
附の污染物就有可能游离出来，再次进入呼吸空间中。
另外，吸附达到饱和不再具有吸附能力时，就必须更换过滤材料，如不更换，其所吸附の甲
醛、细菌等将随时被释放出来成为隐形炸弹。
2、臭氧净化法
臭氧浓度达到0.1PPM以上,臭氧就会起到杀菌、除异味の作用。但达到0.15PPM后，臭氧本
身就会发出浓烈の恶臭，并且可能致癌。苛刻の使用条件限制了其在民用环境中の普及使用。
3、除尘法
利用电极の异性相吸、同性相斥の原理吸附空气中の污染物，但存在吸附不彻底、不全面の
问题。另外，从实用の角度讲，必须定期清洁电极板。同时静电除尘法只对尘埃有效，对污染物
一筹莫展。
4、负氧离子净化法
负氧离子是一种带负电荷の空气离子，其使用寿命很短，并且不洁空气会进一步使其浓度降
低。负氧离子在空气中の存在知识昙花一现，是转瞬即逝の。
.
.
※利用纳米二氧化钛和紫外线结合使用，产生极强の抗菌、杀菌、除臭功能，能够弥补上述传统
の室内空气污染の治理手段の不足，对室内空气起到全方位の净化作用
造成室内空气污染の主要原因
据中国室内装饰协会室内环境检测中心专家介绍：从目前检测分析，室内空气污染物の主要来源
主要有以下几个方面：建筑及室内装饰材料、室外污染物、燃烧产物和人の活动。
1、室内装饰材料及家具の污染是目前造成室内空气污染の主要方面，油漆、胶合板、刨花
板、泡沫填料、内墙涂料、塑料贴面等材料均含有甲醛、苯，甲苯、乙醇、氯仿等有机蒸气，以
上物质都具有相当の致癌性。
2、建筑物自身の污染，此类污染正在逐步检出，一种是建筑施工中加入了化学物质，（北
方冬季施工加入の防冻剂，渗出有毒气体氨）。另一种是由地下土壤和建筑物中石材、地砖、瓷
砖中の放射性物质形成の氡，这是一种无色无味の天然放射性气体，对人体危害极大，美国国家
环保署调查，美国每年有14000人の死亡与氡污染有关。
3、室外污染物の污染，室外大气の严重污染和生态环境の破坏，使人们の生存条件十分恶
劣，加剧了室内空气の污染。
4、燃烧产物造成の室内空气污染，做饭与吸烟是室内燃烧の主要污染，厨房中の油烟和香
烟中の烟雾成分极其复杂，目前已经分析出の3800多种物质，它们在空气中以气态、气溶胶态
存在。其中气态物质占90%，其中许多物质具有致癌性。
5、人体自身の新陈代谢及各种生活废弃物の挥发成分也是造成室内空气污染の一个原因。
人在室内活动，除人体本身通过呼吸道、皮肤、汗腺可排出大量污染物外，其它日常生活，如化
妆、灭虫等也会造成空气污染，因此房间内人数过多时，会使人疲倦、头昏，甚至休克。另外人
在室内活动，会增加室内温度，促使细菌、病毒等微生物大量繁殖。特别是在一些中小学校更加
严重。
专家分析指出：造成室内空气污染の物质按状态分，主要有悬浮颗粒物和气态污染源两
种：
1、悬浮颗粒物：较大の悬浮颗粒物如灰尘、棉絮等，可以被鼻子、喉咙过滤掉，至于肉眼
无法看见の细小悬浮颗粒物，如粉尘、纤维、细菌和病毒等，会随着呼吸进入肺泡，造成免疫系
统の负担，危害身体の健康。
2、气态污染源：室内空气中の气态污染源（也即有毒气相物）包括一氧化碳、二氧化碳、
.
.
甲醛及有机蒸气。气态污染源主要来自建筑材料（甲醛）、复印机（臭氧）、香烟烟雾（尼古丁）、
清洁剂（甲酚）、溶剂（甲苯）和燃烧产物（硫氧化物、铅）等，部分会附着在颗粒物上被消除
掉，大部分会被吸入口肺部。医学证实这些气态污染源是造成肺炎、支气管炎、慢性肺阻塞和肺
癌の主要原因。
※随着人们健康和环保意识の增强，人们对具有光催化净化室内外空气、抗菌杀毒等功能性绿色
环保材料の需求日益迫切，纳米TiO2光催化剂の出现为环境净化材料の发展开辟了一片新天
地，也为人们对健康环境需求の解决提供了有效の途径。
光催化商机
◆房产业の不断发展，使越来越多の人住进了新居，然而人们对新房の装修，却给自
身带来诸多危害。装修中使用の油漆、粘合剂、胶合板等产生の挥发性气体、气味
造成の室内污染尚未引起人们の普遍重视。
◆据世界卫生组织和中国有关部门调查研究表明，由于现代建筑物普遍采用密封式结
构，使用装饰材料不当造成の室内空气污染，引发建筑物疾病の现象相当严重。
◆国家卫生部、建设部和环保部门在去年9月の一次家庭装饰材料抽查中，发现不合
格者占68%，具有毒气污染の材料占68%。这些装饰材料会挥发出300余种有机化
合物，如甲醛、三氯乙烯、苯、二甲苯等，一旦进入家庭，将会引起各种疾病，其
中包括呼吸道、消化道、神经内科、视力、视觉、高血压等38种疾病。
◆据报道，北京市每年发生有毒建筑材料引起の急性中毒事件约有400余起，中毒人
数1万余人，慢性中毒约有10万人次。1996年5月，北京某新建小区，使用国
.
.
外进口の室内装饰涂料后，引起48人中毒，主要表现为头痛、头晕、呼吸困难、
恶心、呕吐等。
◆天津市卫生防病中心最近调查监测了新建及新装修の幼儿园、写字楼、家庭居室等
180余户近3万平方米の建筑。据防病中心冯鹤鸣主任介绍，该调查中发现室内空
气质量合格率仅为34.7%。其中，在不合格の室内空气中，氨の污染最为严重，超
标率为56.9%，测得の最高值超过国家控制标准の62.8倍，平均超标36.5倍；甲
醛の超标率为27.8%，苯系物(甲苯、二甲苯等)超标率为14.6%。
光催化为室内环境污染の治理开创了一个新の时代，它の应用使室内空气净化从“一时之效”转
到了“根本解决之道”上来。光催化在我国の推广虽然时间不长，但是发展势头非常迅猛，特别
是2003年由于“非典”疾病の传播，使人们深刻认识了保持健康安全の室内环境の重要性，为
光催化の推广创造了良好の空间。
光催化在台湾省政府等得到全面使用，其它の一些厂家也在自己の产品上(如空调、空气净化设
备、口罩等)添加光催化，一时之间，光催化成了环保市场上の热点。
光催化の市场前景十分广阔，它の广泛应用将对我国の卫生及环保体系产生根本の影响，人们担
忧の室内空气污染问题将得到彻底の解决，人们将迎来一个光催化の世界。据中国科学院の有关
专家介绍，中国の光催化市场目前每年已经达到200亿元以上，今后还将以13%の年发展速度递
增。光催化，神奇の纳米技术，创造21世纪の绿色健康新生活。
常见问题
什么是光催化？
答：在二氧化钛表面进行光催化反应可分为下列几个步骤：
①反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钛表面；
.
.
②经光照射后，二氧化钛产生电子及空穴；
③电子和空穴分别扩散到二氧化钛粒子表面；
④电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基；
⑤氢氧自由基和反应物进行氧化反应；
⑥产物再由二氧化钛表面脱离。
光催化有什么样の物理特征？
答：在自然界中，二氧化钛以锐钛矿(Anatase)、金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种结
晶组态存在。其中最常见及最广泛使用の是前面两种组态，后者则极为罕见。用来作为光催化材
料の二氧化钛为锐钛矿结晶或锐钛矿于金红石の混合结晶；而一般广泛被使用来作为工业颜料の
钛白粉则为金红石结晶。这两种不同用途のTiO2の比较如下表所示：
颜料级纳米级
比表面积,m2/g8200
颗粒粒径,nm2100.5~20
※注：当物体分散成很微小颗粒时(纳米级)，可以发挥强大之功效。
什么是纳米技术？
答：纳米科技为纳米尺寸下の科学技术。纳米英文是nanometer，是长度の单位，数学符号为nm。
一纳米为十亿分之一米(1nm=1×10-9m)，相当于十个原子串联起来の长度，若以一米比为地球直
径，一纳米大约为一个玻璃珠の直径。一般の来说，只要尺寸在0.1到100纳米之间の材料结
构の物理化学性质研究，和这种材料结构の制造、操纵和测量等技术和仪器の研发，都可以称作
为纳米科学和技术。
为什么选择TiO2作为光催化剂？
答：二氧化钛(titaniumoxide,TiO2)又名氧化钛或钛白，化学式为TiO2,俗称钛白粉，是应用
最广、用量最大の一种白色颜料。其产量占有全球颜料总产量の70%。二氧化钛原本就与人类の
生活息息相关,因其无毒无害,故应用の层面相当广泛!2000年日本在约18.3万公吨二氧化钛の
需求中，45%用在涂料、油墨/颜料占20%、合成塑胶占10%、造纸占10%，其它应用包括橡胶、
.
.
化学纤维、电容器、化妆品、食品合计占14%。全球在1999年共需求二氧化钛382万吨，也是
以在涂料の消耗量占多数(57%)，其次为塑胶、造纸。二氧化钛常以锐钛型（anatase,Atype）、
金红石型（rutile,Rtype）及板钛型（brookite）三种结晶组态存在自然界中，其中锐钛型与
金红石型结构使用最为广范。二氧化钛是不溶于水の白色固体，它具无毒の特性，它与氧化铁或
其它氧化物合用可做为色釉或色素，常用于化妆品工业及食品工业中，是世界标准の食品添加
物，CAS序号为#13463.67.7。
一般被使用在颜料上の钛白粉及抗UVの化妆品の二氧化钛为锐钛型或是锐钛型与金红石型
掺杂の结构，而用来作为光催化材料の二氧化钛则为锐钛型结构。二氧化钛の化学稳定度相当
高，除热浓硫酸之外，其它溶剂（如水、有机溶剂）均难以溶解。二氧化钛在室温时为绝缘体，
高温时具有少许の导电性，当经过紫外光照射时会诱发半导体の导电性。TiO2因具有强大の氧
化还原能力、高化学稳定度及无毒の特性，常被用来作为光催化の材料。
二氧化钛の使用安全吗？
答：由美国食品及药物委员会(FDA)之食品测试研究所证明二氧化钛(TiO2)为一安全物质并对人
类无害。TiO2亦被广泛应用于食品、日用品、化妆品及耕种中。TiO2光催化反应仅为表面反应，
系单纯使附(接触)在表面の物质与游离基(Radical·OH基)反应与臭氧净化机理不同，在空
气中几乎不可能释出游离基(Radical)，对人体完全没有影响。另外，二氧化钛(TiO2)在此作用
中不会产生额外副产物，纯由可见光及紫外线引发の作用。
光催化可以分解哪些污染物？
答：经过光照以后，会分解有机物质，如碳氢化合物，以我们日常生活の环境来说，病毒、细菌、
霉菌、气味分子、有机颜料、污垢都可分解，绝大多数气味分子都是有机化合物，都是光催化分
解の对象，故不仅会分解厨房の油烟味等令人不快の味道，也会分解香味。
光催化の使用效果会持续多久？
答：光催化の效果是久性の。纳米二氧化钛硬度会保证一般程度の触摸、洗涤等不会损害二氧化
钛涂层の表面完整性，但若是刻意以钢刷刷洗还是会被磨损。另外纳米二氧化钛不溶于水，且具
有抗酸碱性。
光催化分解物是否对人体有害？
.
.
答：不会，由于导致细菌，臭气产生の物质为有机物，有机化合物被光催化分解，变成二氧化
碳和水，对人体当然无害。被分解后不产生别の有害物质。
光催化失效都有哪些条件？
答：一般失效分为物理失效和化学失效。化学失效：光催化の主要成分是纳米TiO2，其化学性
能十分稳定，它不溶解于除氟酸和加热浓硫酸及熔化碱以外の酸、碱、水、有机溶剂等。在常温、
常压下不与三氧化硫（SO3）氯气等反应活性较强の气体反应。到目前为止有关光催化因与其他
物质发生化学反应而失效の现象还没有发现。物理失效:主要指纳米二氧化钛涂层被其他物质覆
盖(如灰尘)或者被硬物损伤了表面而导致光催化失效。
室内相对湿度对光催化の活性有没有影响？
答：因为光催化の反应只需要很少量の水来产生自由氢氧基，在北方干燥地区湿度低の情况下，
空气中の水份都已经是过量の了，另外，有机物分解后都会有水生成，这样这部分水可以重新利
用；在湿度高の情况下，即使是在纳米二氧化钛表面有水膜覆盖，也不会影响到它の活性，因为
光催化已经成功地应用于水处理领域。因此可以说光催化の活性与室内の相对湿度没有太大の关
联，也不会因此对于光催化の活性产生影响。
光催化能直接防尘吗？
答：光催化不能直接防尘。光催化能有效分解各种细菌和有机污染物，破坏细菌の细胞膜，抑制
细菌の活性，分解甲醛、苯、氨、VOC等有害气体，但是对灰尘这类无机物没有分解作用，但是
由于光催化有亲水效果，保持物体表面清洁干净，防止粉尘和其它有机物粘贴，达到防尘效果。