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光催化治理室内污染不同于物理吸附

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光催化治理室内污染不同于物理吸附
作者:小航来源:智美优品官网发布时间: 2017-10-26

导语:室内空气污染物主要分为三类:(1)气体污染物。(2)微生物污染物。(3)固体颗粒污染物。光催化是利用TiO2作为催化剂的光催化过程,反应条件温和,光解迅速,产物为CO2和H2O,而且适用范围广,包括烃、醇、醛、酮等有机物,都能通过TiO2光催化清除。

一、室内空气污染及危害

室内空气污染物主要分为三类:(1)气体污染物。如:SO2、CO、NOx、H2S、NH3、挥发性有机化合物(VOC)等,在室内空气中多达数十种乃至数百种以上。当室内通风条件不良时,这些气体污染物就会在室内积聚,浓度升高,有的浓度超过卫生标准数十倍,造成室内空气严重污染。(2)微生物污染物。如:细菌、病毒、花粉和尘螨等,来源于死或活的有机体。室内潮湿的地方,容易滋生真菌,造成微生物污染室内空气。真菌在大量繁殖的过程中,还会散发出令人讨厌的特殊臭气。(3)固体颗粒污染物。室内灰尘、各种燃料、烹调油烟及人为吸烟等。室内空气污染会引发多种疾病。其中挥发性有机物危害最大,会引起中枢神经系统、呼吸系统、生殖系统、循环系统和免疫系统功能异常。例如甲醛对眼粘膜、鼻和上呼吸道有强烈的刺激作用,可引起哮喘、过敏性哮喘和支气管炎。空气中的细菌微生物则是呼吸道传染病的重要致病源。
美国癌症学会在1995披露,在长达7年的研究中,共针对55万名成人进行死亡率与空气污染的关系性研究。结果发现,空气污染是导致城市居民死亡的重要因素之一。EPA(美国环保署)披露:室内空气的污染一般要比室外严重2~5倍。世界卫生组织(WHO)153号公告明确判定:甲醛致癌!我国新闻媒体报道,80%人们得病源于室内。专家指出:甲醛、苯等有毒气体是装修中的主要顽敌,具有持续释放的特性,有的达到3年到15年之长,是危害人体健康的长期隐患,从而造成室内污染日益严重,室内洁净度急剧降低。北京市儿童医院小儿内科主任医师臧晏向媒体发布消息表示,在接诊白血病患儿时,进行家庭居住环境调查发现,9/10的小患者家中半年之内曾经装修过,其中大多是豪华装修。天津《今晚报》刊登文章,调查选取了天津地区72户装修完工7天以上的居室,进行室内空气中甲醛、苯、TVOC(总有机挥发物)的采样检测。结果装修后适宜人们居住的居室仅有20户,值得注意的是,经过装修后,大多数家庭(7O户)的室内空气都受到了不同程度的污染,占调查总数的97%。
据统计,大城市居民80%~90%的时间在室内活动,每天呼吸的绝大部分是室内空气。由于空气污染和装饰材料释放污染物等原因导致室内空气品质的恶化,导致大城市人群中肺癌和流行性疾病的发生率和死亡率高发。有关部门统计数字显示,近几年来我国每年因室内空气污染引起的死亡人数达11.1万人,常规门诊、急诊疾病人达65万人,由此导致的健康危害的经济损失每年达800多亿元。因此,改善生活环境中的空气质量已经成为政府和民众关注的焦点。
二、国内外空气净化器现状
空气净化器在美国家庭的普及率为27%,在日本为17%,在日本目前已有近3000个相关企业。据日本三菱研究所调查预测,2005年日本的光催化市场规模达到1万亿日元。而我国办公场所和城市家庭的使用才刚刚起步,市场处在导入的初级阶段,普及率不到0.1%,也只有上百家企业与光催化相关。由此可以看出,空气净化器在中国还有很大的发展空间。据有关部门预测,目前国内室内环境净化治理产业规模达200亿元人民币。未来几年内,我国室内环境净化治理产业将处于快速成长期,预测保持每年28%的复合增长率。光催化技术的应用市场巨大。首先,医院、宾馆等场所必须确保空气质量;全密闭办公大楼空气质量差,病毒、细菌容易滋生和致病;我国现处于高速发展阶段,各种高楼大厦拔地而起的同时,由于装修材料质量问题而产生的有机污染物极为严重,迫切需要解决室内空气的净化问题。还值得一提的是,2008年北京奥运会和2010年上海世博会,都为空气质量的改善提出了更高的要求,从而促进人们对室内环境治理的关注。
三、光催化的特点
国内投入市场的净化器,虽然品牌众多,但从其净化机理看,大致可分为两类:即物理吸附型和静电除尘型。主要是通过一层或几层滤膜,将空气中的污染物和悬浮颗粒物附着于过滤网之上,或通过静电吸附捕集大范围粒径尺寸的室内空气颗粒物,从而使空气得到净化。这两种净化器各有千秋,但都无法从根本上完全净化室内空气,属于第一代产品。进口产品一方面由于价格昂贵,难以普及;另一方面,国内空气中尘埃量远远高于国外发达国家,国外使用有效的净化器在国内往往因“水土不服”而实际效果不尽人意。
目前市场上也已出现基于光催化技术的空气净化器,且主要是针对室内空气的,但通过相关的测试发现,这些设备(包括国外生产的)对气态污染物的作用效果并不理想,其主要的去污对象是总挥发性有机化合物(TVOC),而实际对甲醛的降解能力较低。因此大多数净化器都使用了过滤、外加电场、活性炭吸附等其中一种或几种技术与TiO2光催化技术对空气进行复合净化,但真正起到除尘净化作用的仍然是吸附、过滤等传统技术。物理吸附具有富集功能强、脱除效率高等优点,成为近年来治理室内污染的主要方法。但是物理吸附剂对甲醛等主要有机污染物的吸附容量有限、吸附饱和后需脱附再生。尤其是物理吸附过程是吸附-脱附动态过程,在吸附一定量污染物后,进入新的污染物较低的环境可能会释放污染物,造成二次污染,因此仅用物理吸附难以实现室内空气净化。
光催化治理室内污染不同于物理吸附。光催化是利用TiO2作为催化剂的光催化过程,反应条件温和,光解迅速,产物为CO2和H2O,而且适用范围广,包括烃、醇、醛、酮等有机物,都能通过TiO2光催化清除。其机理主要是光催化剂二氧化钛吸收光子,与表面的水反应产生羟基自由基(•OH)和活性氧物质(•O,H2O2),其中羟基自由基(•OH)是光催化反应的一种主要的活性物质,对光催化氧化起决定作用。羟基自由基具有120kJ/mol的反应能,高于有机物中的各类化学键能,如:C-C(83kJ/mol),C-H(99kJ/mol),C-N(73kJ/mol),C-O(84kJ/mol),H-O(111kJ/mol),N-H(93kJ/mol),因而能迅速有效地分解挥发性有机物和构成细菌的有机物,再加上其它活性氧物质(•O,H2O2)的协同作用,其杀菌效果更为迅速。活性羟基,超氧离子和双氧水都可与生物大分子如脂类,蛋白质,酶类以及核酸大分子反应,直接损害或通过一系列氧化链式反应对生物细胞结构引起广泛的损害性破坏,使细菌蛋白质变异和脂类分解,破坏病毒颗粒的RNA,达到杀灭细菌的目的,同时TiO2的光催化剂还可降解细菌释放出的有毒复合物,攻击细菌的外层细胞,穿透细胞膜,破坏细菌的内部结构,从而彻底的杀灭细菌。克服了传统的杀菌方法用杀菌剂银、铜等杀菌产生热和有毒组分的缺陷。同时TiO2的光催化剂还可降解细菌释放出的有毒复合物,攻击细菌的外层细胞,穿透细胞膜,破坏细菌的内部结构,从而彻底的杀灭细菌,实现彻底的空气净化。

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