纳米二氧化钛光触媒JR05治理雾霾
【摘要】雾霾已经严重威胁到人类生活和健康，治理雾霾成为当务之急。目前，国内外已经研究出纳米二氧化钛光触媒JR05产品治理雾霾。纳米二氧化钛吸收光能激发电子生成带正电的空穴，利用逸出电子的还原性和空穴的氧化性对PM2.5进行分解。 【关键词】雾霾 纳米二氧化钛 光触媒
1.前言：
中新网12月23日电新加坡《联合早报》23日文章称，中国的空气污染如果再不引起高度的警惕，真正下大决心、大力度去治理，其造成的损失和代价将是极其惨痛的。受不利气象条件及春节燃放烟花爆竹的习惯影响，2014年，自1月30日（农历除夕）开始，全国多地出现PM2.5数值达到空气重度污染程度。山西太原被浓浓的雾霾笼罩，PM2.5数值已达到250属于重度污染；2月1日农历正月初二，四川眉山、乐山、德阳、绵阳等地遭遇大雾袭击，导致成乐、成灌、成温邛、京昆高速绵广、成绵段等部分国、省道高速公路关闭，民众春节走亲访友出行受影响。2月2日，上海，雾霾笼罩，城市一片朦胧，建筑若隐若现，如同海市蜃楼，市民凌晨在雾霾中出行，截至早7时，全市PM2.5平均浓度为243.1，静安监测站最高为282.3，浦东川沙最低为165.8；2月2日清晨，农历大年初三，安徽省六安市出现浓雾天气。
雾和霾不是同一种气象：雾是空气中的水气和灰尘颗粒结合，形成悬浮在地面水滴。而霾是微小的颗粒飘在空气中，使空气变得混浊的一种现象。组成雾霾小颗粒非常复杂，有好几百种颗粒物。比如有矿物颗粒物、硝酸盐、有机气溶胶粒等，吸入之后这些粒子会进入呼吸道和肺叶中。雾霾的时候空气不怎么流通，然后空气中的病菌和细菌会比较多，传染类疾病比较容易发生感染。雾霾天气空气中的污染物不容易扩散，一氧化碳等有害物质增多。同时还影响人体皮肤散热，容易出现胸闷、疲劳、头晕等症状……
中国雾霾现状给我们敲响警钟。治理雾霾不仅是针对传统雾霾形成机理，还要根据中国雾霾特殊性，注重包括土壤、水源严重污染的治理修复，减少微生物飘逸和阻断微生物营养供给路径。通过全社会的共同努力，早日将雾霾形成的临界点降下来，治理雾霾的难题就迎刃而解。
2.纳米二氧化钛光触媒JR05治理雾霾
2.1反应原理：
光触媒是指可通过吸收光而处于更高的能量状态，并将能量传递给反应物而使其发生化学反应的一类物质。半导体和金属化合物等是常用的光触媒材料、其中最常见的是二氧化钛。二氧化钛广泛用作染料、牙粉、化妆品和食品添加剂等，是一种安全无毒、价廉耐用的物质。当用光照射二氧化钛表面时，像太阳能电池使用的硅片等一样，产生负电荷的电子和正电荷的正孔。这些电子和正孔具有很强的还原和氧化能力，能与水或溶存的氧反应，产生氢氧根自由基和超氧负离子。这些正孔和氢氧根自由基具有很强的氧化能力，构成有机物分子的碳-碳键、碳-氢键、碳-氮键、碳-氧键、氧-氢键和氮-氢键等的键能分别为83 kcal/mol、99 kcal/mol、73kcal/mol、84 kcal/mol、111 kcal/mol、93 kcal/mol，而正孔和氢氧根自由基的氧化能大于120 kcal/mol以上，可以简单地将上述键切断分解。因此，可以将水中溶存的各种有害化学物质或空气中的恶臭物质分解或无害化处理。此外，氢氧根自由基比作为消毒杀菌剂被广泛使用的次氯酸、双氧水和臭氧等具有更强的氧化能力，可用作杀菌剂和防霉剂。总之，二氧化钛具有在光的照射下能分解和无害化处理几乎所有有害有机物，不用有毒的药品或煤、石油等化石燃料，仅利用干净且取之不尽的太阳能就能将扩散了的环境污染物安全有效地处理并且可半永久化循环使用等众多的优点。
2.2纳米二氧化钛结构研究：
研究过程中，以四氯化钛和无水乙醇做为主要原料，采用溶胶——凝胶法的技术合成路线，成功研制出尺寸为10nm-60nm的二氧化钛粒子。在实验中，针对二氧化钛粒子、粒径、晶型、分散性所做的研究表明：结果表明，反应温度低于30℃时，出现的是锐钛矿，反应温度高于30℃时，开始有金红石相产生。随着煅烧温度的提高，粒子的尺寸不断增大。高于600℃时，增长趋势增大，500——700℃是相变温度区。此外，红外方式下干燥，形成二氧化钛粒径较小，且有金红石出现，并在较低煅烧温度即可获得金红石相。分析认为，红外条件下，提供了相变所需的相变焓。
2.3类似材料：钙基粘合剂Calcium based binders 上世纪80年代，政府决定尝试在街道使用一种钙基黏合剂治理空气污染。这种黏合剂类似胶水，可吸附空气中的尘埃。街道清扫工已将这种新产品用于人口嘈杂、污染严重的城区，目前监测结果称这些区域的微粒已经下降了14%。（2013年2013-10-25 14:40:09 来源: 北方新报(呼和浩特）
这种钙基粘合剂类似胶水，可吸附空气中的尘埃物质。街道清扫工作者已将这种新产品用于人口嘈杂污染严重的城区，目前监测结果称这些区域的微粒已经下降了14%。此外，伦敦还将采取了多项其他措施，包括推出环保巴士，建立更严格的排放标准以及大量植树造林等。
3．目前使用情况：
国内：
记者从光触媒系列产品应用研讨会获悉：上海已在复兴东路、河南路部分路面铺设了一种新型环保材料―――光催化剂，试验表明，该路面能吸收45%的废气污染。车流不息的街头，常常弥漫着刺鼻气味，其中大部分是汽车尾气。针对污染元凶，意大利环球工程技术公司和世纪化学公司合作开发了环保材料―――光催化剂。这种环保材料的主要化学成分是二氧化钛，在阳光或人造光下，会“变身”催化剂，将空气中及汽车排放的二氧化氮分解为硝酸盐，随即被路面上的其他物质吸收。该材料曾铺设在意大利米兰市一条道路上，经过数月分析计算，废气污染数降低了60%至70%。
目前深圳南山区在PM2.5监控点使用纳米光催化材料JR05处理了四五十万平方米建筑外墙、道路，治理汽车尾气、PM2.5、雾霾天气；晶瑞公司和东北林大交通学院承担过交通部两个项目，也是使用高活性、高分散纳米二氧化钛JR05光催化材料处理水泥道路和柏油道路，利用免费的太阳光做能量，高活性、高分散纳米二氧化钛光催化材料做催化剂，光催化分解汽车尾气，产生的是无害的物质，效果很好，氮氧化物降解效率是 60%；项目已经验收结题。
国外：
JR05在美国、德国、日本、意大利、英国、荷兰等多个国家受到好评，在进一步扩大使用。JR05 处理成本在大范围使用情况下，可以大幅度下降；控制在较低的可以承受的范围。这种新材料光催化治理空气污染可以长期有效。
在日本过去20年中，主要由于汽车尾气中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)所造成的大气污染问题一直没有得到改善，已引起数起公害诉讼而成为严重的问题。如果应用二氧化钛光触媒，则能使大气污染源的一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等氮氧化物（NOx）或硫氧化物（SOx）氧化成硝酸根离子（NO3-）或硫酸根离子（SO42-）。将光触媒涂刷于建筑物的外墙时，就可利用太阳光将氮氧化物或硫氧化物分别氧化成硝酸根离子或硫酸根离子，下雨时可将硝酸根离子或硫酸根离子冲刷下来，就这样可持续不断地进行光触媒反应，从而除去大气中的氮氧化物或硫氧化物。现已研究表明冲刷硝酸根离子或硫酸根离子雨水的酸性可以被空气中浮游的碱性粉尘所中和。目前，含光触媒的大气净化产品，比如道路建设中的大气净化部件、涂料、片材、水泥以及道路路面等已被开发推广。附着有光触媒的吸音板材和高速道路的防音壁等商品也在开发之中。
4.结论 长期从事组合材料学和材料基因组方法这一前沿技术研究的高琛团队，在光催化材料研究方面，历经初期的材料筛选、中期的材料优化、后期的同步辐射机理研究，合成了几百种材料方案，并获得多项国家专利。在此基础上研发的光催化材料，从绿光到紫外光都能够充分吸收利用，分解污染物质的效率更高。
专家评价，光触媒空气净化器具有在同样的紫外光源照条件下，滤除PM2.5及甲醛、甲苯的效果更好，选用材料的性价比很高，工程化应用前景广阔。
5．文献及资料参考来源：
压缩包中的文件：
《光触媒技术的最新动态和国际标准化》 《二氧化钛毒理学》
《光触媒纳米二氧化钛应用研究》 网站资源：
纳米二氧化钛的制备、结构和性能的研究 http://www.daodoc.com/roll/20140428/080118943026.shtml
