納米光催化技術在大氣污染治理中的應用

李東東　宋媛媛

摘 要：現如今，環境污染問題已成為全球性的問題，加大環境保護力度，促進環境與經濟的協調發展是世界經濟發展的主要手段。大氣污染作為環境污染中的一種，加大大氣污染的治理力度，緩解溫室效應給社會發展帶來的難題，有利于實現和諧社會的建設。基于此，文章主要對納米光催化技術進行了分析，并對其在大氣污染治理中的應用進行了研究，以供相關人士參考。

關鍵詞：納米光催化技術；大氣污染；治理應用

納米光催化技術在大氣污染中的應用，可以提高大氣污染的治理水平。由于納米光催化技術的光敏效果較好，容易達到其反應條件，效率高，對環境及人體具有無害的特點，所以，納米光催化技術已成為當前社會最先進的空氣凈化技術。對納米光催化技術進行分析與研究，充分了解其在大氣污染治理中的應用，有利于解決我國嚴重的霧霾問題，優化人們的生活環境，促進經濟的快速發展。

一、納米光催化技術理論

太陽能作為“取之不盡，用之不竭”的清潔能源之一，在能源短缺和環境污染日趨嚴重的今天，其有效利用顯得尤為重要。而光催化污染物降解技術既能充分利用太陽能，又能解決大氣污染物的處理難題。納米光催化技術作為一種新型的大氣污染物治理方法，在大氣污染控制方面具有巨大的應用潛力。與傳統的物理吸附法（活性炭）相比，利用納米光催化技術凈化空氣具有以下優勢：催化降解反應可以在常溫常壓下進行；操作簡便；在太陽光的激發下，能有效去除大氣中的污染物如NOx和VOCs，不會造成二次污染。

光催化技術理論主要基于“Fu-jishima-Honda”效應，20世紀70年代后期，Frank和Bard關于水中氰化物在TiO2表面的光分解研究及Carey等關于多氯聯苯在TiO2紫外光下的降解研究，極大推動了光催化技術在環境污染治理方面的研究。半導體材料的催化氧化機理如下：當能量大于禁帶寬度的光照射半導體催化劑時，價帶（va-lence band，VB）上的電子被激發，躍過禁帶進入導帶（conduction band，CB），而在價帶上產生與電子（）對應的空穴（），即產生自由電子-空穴對，活潑的電子、空穴在電場作用下可以分別從半導體的導帶、價帶遷移至半導體/吸附物界面，而且躍過界面，使被吸附物還原和氧化；同時也存在著電子、空穴的復合。價帶空穴（）將吸附的H2O氧化為羥基自由基（），導帶電子（）將空氣中的O2還原為超氧自由基（）。這兩個自由基（），是降解污染物的關鍵活性基團。其反應原理如下：

二、納米光催化技術的實際應用

納米光催化技術在大氣污染治理中的應用比較廣泛，TiO2作為應用效果較好的光催化劑，具有較好的抗酸堿性、耐光腐蝕性，其化學性質穩定性較好，來源豐富，能源較大，具有產生的光生電子和空穴的電勢電位較高等優勢。但是，在實際的納米光催化技術應用過程中，容易受到催化劑、有機物濃度的影響。因此，在大氣污染治理過程中，相關人員應重視這些因素對光催化技術的影響。

（一）催化劑對納米光催化技術的影響。納米光催化技術的原理，是利用催化劑凈化大氣的。在反應過程中，催化劑的表面積、粒徑等等，都會影響納米光催化反應。如：當催化劑的粒徑不斷縮小時，溶液中的單位質量粒子就會增多，雖然光的吸附效率有所增加，但是，光吸收不易飽和；當催化劑系統的表面積增加時，就意味著催化劑參加反應的面積增大，有利于催化反應的進行，反之，則不利于催化反應的進行。另外，催化劑的表面羥基及混晶效應，也是影響納米光催化反應的另一因素。

（二）光源與光強對大氣污染的影響。納米光催化技術常用的光源有黑光燈、高低壓汞燈、紫外燈、殺菌燈等，波長在200-400nm的范圍內。一般情況下，在納米光催化反應過程中，其光的強度越強，催化反應速度就會逐漸趨于常數，但是，光量子效率則會隨著光強度的變化而變化。此外，PH值不同，外加助催化劑及無機鹽等等，在一定程度上也會影響納米光催化技術的反應。

三、納米光催化大氣污染控制技術與其他技術的聯用

（一）室內污染控制與通風技術。目前常用室內環境凈化與通風技術有主動式和被動式2種。前者是將室內環境凈化裝置與機械通風系統有機結合起來成為一個整體，而后者采用空氣凈化過濾器結合自然通風系統。這兩種技術均涉及高效通風技術，前者主要針對外源性污染，可采用高效低阻過濾的方式；而后者主要針對內源式污染，比較有效的方式為各種室內凈化技術。目前主要通風方式包括混合通風、置換通風和個性化送風。混合通風和置換通風均以營造室內可感風環境為目的，若將空調設定溫度調高必然會引起室內人員熱舒適性的降低；個性化送風由于其實際使用中制約較多，在實際工程中較少。

（二）過濾技術。過濾技術主要包括納米纖維過濾技術、光催化纖維過濾技術、膜過濾技術。納米纖維過濾技術具有一定梯度結構的復合過濾材料可大大提高過濾性能，已用于室內空氣凈化、水體有機物凈化等領域，有望實現大規模工程化應用；納米光催化技術是一種新型的處理大氣污染物的方法，在大氣污染控制方面具有巨大的應用潛力。

四、結語

在大氣污染治理過程中，單獨利用納米光催化技術的效果并不是特別明顯，因此，在治理大氣污染過程中，相關人員應將納米光催化技術與其他先進的大氣凈化技術進行有效結合，提高大氣污染治理效果，保證人們生活健康。

參考文獻：

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