納米光催化技術在大氣污染治理中的優勢及運用方法研究

唐喜斌

（廣東省環境科學研究院，廣東 廣州 510031）

引言

納米光催化作為一種先進的技術手段，主要通過納米粒子實現對污染物的治理，相較于其他技術具有很強的先進性。隨著城市化進程的加快，工業發展導致的大氣污染狀況越來越嚴重，進行大氣污染治理十分必要，而大氣污染具有規?；奶攸c，污染類型較多，很難實現針對性的治理，相關人員可以結合大氣環境污染的類型及特點，將納米光催化技術引入污染治理中，實現對污染的治理。

1 納米光催化技術及大氣污染治理概述

1.1 相關概念

納米光催化技術是一種利用納米材料催化光照化學反應的技術。這種技術通過將納米材料以適當的方式組裝在催化劑表面，并利用其表面的能帶結構和活性位點，使其高效吸收可見光和紫外光，并在被激發后，在催化劑表面發生光化學反應。納米光催化技術具有許多優點，包括高效性、低能耗、環保性及可重復使用性等。它可以應用于水處理、有機廢氣處理、環境凈化、能源利用等領域，具有非常廣闊的應用前景?？傊?，納米光催化技術是一種有很大潛力的新型技術，但仍需要我們進行深入研究和探索，以實現其在實際應用中的高效、穩定和可持續性。

大氣污染則是指空氣中存在的某些物質超過了一定的濃度，對人類健康和環境造成不良影響的狀況。大氣污染治理是指對空氣污染的防范與治理。大氣污染物可分為氣態污染物和顆粒物兩種類型，包括二氧化碳、甲醛、氮氧化物、臭氧、細顆粒物等。大氣污染的主要來源包括工業排放、機動車尾氣、農業活動、建筑施工等人類活動和自然因素。大氣污染治理是指通過各種措施和技術手段，減少和消除大氣污染及污染物的排放，提高空氣質量，減少其對人類健康和環境的危害。

1.2 大氣污染治理現狀

現階段的大氣污染治理主要呈現兩方面的特點，首先是污染物逐年增加，研究發現，現階段我國多數城市的空氣質量處于二級超標狀況，只有部分偏遠地區及發展程度不高的城市符合國際標準，而能實現一級標準達標的城市只占總數的2%，污染范圍較廣。經過多年的治理，現階段的顆粒物主要是細顆粒物，存在很大的治理難度，導致霾污染問題逐漸突出。以PM2.5為代表的細顆粒物逐漸成為大氣污染的主要成分，再加上城市中二氧化氮濃度不斷增長，也進一步加劇了霾污染。在實際作業環節，氮氧化物不僅對會對人體造成直接影響，還會引發臭氧污染，近些年來私家車數量的提升，導致氮氧化物和揮發性有機物濃度迅速上升，高濃度的臭氧超標現象頻繁出現[1]。其次是污染治理不及時，部分地區存在不重視污染治理等狀況，很大程度上制約了治理作業的落實。再加上新型空氣污染不斷出現，治理技術卻發展緩慢，也在一定程度上制約了污染治理的效果。

2 納米光催化技術在大氣污染治理中的優勢

相較于其他技術來說，納米光催化技術具有很強的優勢，能夠有效治理空氣污染，所以在實際作業環節，為了能充分發揮納米光催化技術的優勢，需要相關人員針對納米光催化技術的優勢進行研究，并將其科學合理地運用到污染治理中。

2.1 受外界因素影響較小

相較于其他技術來說，傳統的大氣污染治理技術如化學、物理及生物等多種技術，對外界的依賴性較強，很容易受到外界環境、溫度、濕度等變動的影響，制約其功能。但是納米光催化技術的實施不需要借助外界因素，在常溫狀況下就能正常運行，并且能保證自身功能。現階段的納米光催化技術一般以半導體為主導，這種技術主要將特定波長的光照射到對象上，進而產生氧化還原反應，實現對污染物的處理。在實際作業環節，該技術不會受到外界因素的干擾，作業人員可以較為輕松地開展污染治理工作，實現對大氣污染的治理。此外，現階段的納米光催化技術主要借助專業設備進行，也在一定程度上保證了設備本身的穩定性，規避了外界因素的影響，保證了作業的順利落實。

2.2 反應迅速，治理效率較高

大氣污染治理的工作量及大氣污染的范圍較大，而且部分空氣污染物短時間內就會進入人體，并對人體造成很大破壞，因此相關人員在作業過程中需要結合污染類型進行迅速治理，需要具有較高的治理效率。納米光催化技術作為先進技術手段之一，在作業環節可以迅速通過氧化還原反應實現對污染的治理，用時較短。而且納米光催化技術的降解效果較好，對于甲醛等有害物質的凈化率可達98%，所以在實際作業環節，現階段的納米光催化技術主要應用于對建筑物內部揮發性有害氣體的治理，具有很強的技術優勢，能夠在保證治理效果的基礎上提高效率，并有效推進污染治理技術的發展。

2.3 治理范圍較大

隨著社會對工業品需求的增長，工業規模不斷擴大，在此背景下，大氣污染類型也十分多樣，難以實現針對性治理。納米光催化技術具有較大的治理范圍，可以對多種原因導致的污染進行治理，從而實現環境保護。首先是針對各種微生物，納米光催化技術能夠滅殺大腸桿菌、綠膿桿菌、葡萄球菌、霉菌、化膿菌及白癬菌等一系列細菌，而且在滅殺之后還能通過氧化還原反應實現對病菌的完全氧化分解，不會殘留任何有害物質。所以納米光催化技術能夠在清理微生物的同時規避二次污染。其次是分解有機物，現階段大氣污染中的有機物類型較多，針對其的治理具有一定難度。納米光催化技術能夠通過凈化材料對空氣中的有機物進行氧化分解，實現對空氣的清潔。資料顯示，應用該技術治理空氣污染效果較好，且治理持續時間很長，對甲醛的去除率可達98%以上、對氨氣的去除率可達97.2%、對苯的去除率可達86.6%、對二甲苯的去除率在85%～93%之間，還能對硫醇等微臭氣體的有機成分進行治理，具有很強的技術優勢。

2.4 自身性能較好

2.4.1 親水性

納米光催化氧化凈化材料具有親水性能，經紫外線照射后，涂層表面與水的接觸角減小到0～5度，水滴完全浸潤在涂層表面，有助于保持涂層表面清潔。而且親水性還能在一定程度上提升納米光催化技術的接觸面積，進而提升治理效果。

2.4.2 無毒性

現階段的納米光催化技術的凈化材料一般是TiO2，作業環節不會受到酸堿或風力等因素的影響，具有較強的化學穩定性。而且該材料不含對人體有害的成分，運用該技術進行室內空氣的治理不會對人體造成影響，具有綠色無污染的特點，十分契合現階段可持續發展的戰略主張。

2.4.3 持久性

納米光催化氧化凈化材料本身不參加反應，沒有化學損耗，而且一經施工后即具有非水溶性特性，效果持久[2]。該技術能夠對區域內的污染物進行整體治理，并且治理效果較好，可以維持較長時間，具有很強的技術優勢。

2.4.4 清潔性

納米光催化氧化凈化材料經紫外線照射后，將有機物全部分解為低分子，即在殺菌的同時還能將微生物尸體分解得一干二凈。這樣就在治理大氣污染的同時保證了清潔性。

2.5 資源較多且造價較低

納米光催化技術主要借助特定光波實現對污染的治理，所以其治理依靠的是太陽能，太陽能作為可再生資源的一種，取之不盡、用之不竭，可以隨時獲取，而且成本低廉。而且進行作業的半導體光催化制氫由于成本相對低廉、較易實施且效率高等特點，也受到國內外科學家的高度關注，被稱為“21世紀夢的技術”。該技術能夠在保證大氣治理效果的基礎上降低治理成本，這推動了該技術的進一步發展。

3 納米光催化技術在大氣污染治理中的應用方法

3.1 在源頭治理環節的應用

大氣污染的源頭一般是工業排放，所以要想充分發揮納米光催化技術的優勢，將其合理地應用到大氣污染治理中，就需要相關人員結合實際將其運用到源頭治理環節。在工業發展環節，主要廢氣來源于各種有機化合物的揮發以及固廢產生的異味，例如石油工業中的烯烴、醇醛酮、化工行業中的鹵代物甲苯等。納米光催化技術能夠將這些廢棄物分解，并且轉化為不具毒性的二氧化碳以及水等，實現無害化治理。這樣就能夠在源頭上對工業發展環節排放的廢氣進行治理，實現對工廠周邊環境的清潔，保證空氣質量。該技術的主要原理是將納米光催化技術中的催化劑添加到含有鹵的塑料中，這樣在焚燒環節就能經由催化劑將有害氣體吸收，避免其排放到空氣中。另一方面，室內空氣治理也可以利用納米光催化技術，現階段的室內污染物主要是硫氮化合物，如硫醇以及硫醚胺類等，這些物質一般組成成分較為復雜，即便是很低的濃度也會造成嚴重影響，部分氣體還具有毒性，會對人體造成嚴重危害[3]。在實際作業環節，工作人員可以將二氧化鈦光催化劑負載在活性炭纖維上，制備出光催化空氣凈化器，有效去除硫化氫、胺等臭氣物質，進而實現對室內空氣的治理。

3.2 在抗菌除臭環節的應用

異味以及臭氣也是空氣污染的類型之一，空氣中的惡臭氣體一般是由細菌導致的，一些納米光催化劑對許多細菌都有抑制和殺滅作用，能夠實現針對性治理。其主要原理是光催化劑受光照激發后產生的O2-和OH等活性物能破壞細胞膜質，從而有效殺滅細菌并抑制細菌分解產生的H2S、NH3等臭味物質?，F階段常用的納米TiO2具有很強的氧化還原能力，能夠實現空氣凈化作用及除臭功能，可以將其制成抗菌的內墻涂料，實現對空氣的清潔及對臭氣的治理。在實際作業環節，相關人員還可以將TiO2納米粒子分散在以二氧化硅為主要成分的無機物中，制成薄膜，其具有很好的透光性且能實現自清潔，污染物不易在其表面附著[4]。此外，在紫外線的照射之下，部分光催化材料由于具有很強的氧化性，能夠在紫外線作用下對污染物進行分解。工作人員可將該材料用于建筑中，吸收室內可能產生的污染成分，以實現對室內空氣的清潔，從整體上進行治理。

3.3 在汽車尾氣凈化中的應用

機動車作為主要交通工具，數量正在不斷攀升，相關人員需要加強對汽車尾氣污染的重視，并運用納米光催化技術進行治理?，F階段的汽車尾氣主要包含氮氧化物、固體懸浮微粒、一氧化碳以及硫氧化合物等，都是大氣污染的主要構成成分。應用光催化技術能夠有效降解機動車尾氣中的一系列污染物，具有很強的發展潛力，前景廣闊。據專業人員的研究，TiO2催化可實現對機動車尾氣中氮氧化物的有效凈化，還可以將TiO2催化材料添加進半柔性堿性水泥路面中，以有效減少機動車尾氣中的各種污染物。基于中和反應，路面的堿性水泥可有效去除附著于催化材料表層的無機酸催化產物，進而為催化材料的活性提供可靠保障[5]。相較于傳統技術來說，納米光催化技術具有很強的技術優勢，能夠在保證治理效果的基礎上規避二次污染，屬于綠色治理技術的一種。

3.4 在溫室氣體治理中的應用

溫室效應的出現主要是由于溫室氣體的排放，現階段常見的溫室氣體主要是二氧化碳，所以改善大氣中CO2的排放是降低溫室效應的重要一環。專業人員的研究表明，將大氣中的CO2還原利用可收獲理想的綜合效益，而半導體光催化技術是一種具備良好發展前景的CO2還原技術。然而由于一些技術上的限制，現階段光催化還原CO2技術，在工程應用層面因為效率偏低而難以得到廣泛推廣。相關研究人員借助濕化學浸漬技術提取出一種負載于石墨烯的納米TiO2材料，這一材料可顯著提高將CO2轉化為CH4的效率[6]。這樣一來，就解決了光催化技術在作業環節存在的隱患，很大程度上推動了溫室氣體治理工作的落實。

4 結語

綜上所述，在大氣污染治理過程中有效利用納米光催化技術，可以保證污染治理效果。光催化技術在空氣凈化方面擁有很多優勢，這種優勢應得到積極推廣和應用。目前研究學者對光催化技術在空氣凈化方面的研究越來越多，一定要抓住這一特性，將其積極投入生產和應用。本文建議將納米光催化技術與其他大氣凈化技術同時應用，以提升治理效果，同時通過其在汽車尾氣治理、室內空氣治理、溫室氣體治理以及源頭治理等環節的應用，充分發揮納米光催化技術的大氣治理優勢，保障人們的身心健康，營造良好的生態環境。