一、光触媒定义及作用原理

(1)光触媒定义（光触媒是什么）：

XQJ光触媒是一种纳米级二氧化钛活性材料，它涂布于基材表面，干燥后形成薄膜，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能：能有效地降解空气中有毒有害气体；能有效杀灭多种细菌，抗菌率高达 99.99％，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理；同时还具备除臭、抗污等功能。

(2) 光触媒作用原理（光触媒原理）：

光触媒在特定波长（ 388nm ）的光照射下，会产生类似植物中叶绿素光合作用的一系列能量转化过程，把光能转化为化学能而赋予光触媒表面很强的氧化能力，可氧化分解各种有机化合物和矿化部分无机物

在光照射下，光触媒能吸收相当于带隙能量以下的光能，使其表面发生激励而产生电子 (e-)和空穴(h+)。这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力，能与水或容存的氧反应，产生氢氧根自由基（·OH）和超级阴氧离子（·O ）。如表1所示，这些空穴和氢氧根自由基的氧化能大于120kcal/mol，具有很强的氧化能力，几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解。因此可以将各种有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处理，达到净化空气、抗污除臭的作用。

1、光触媒氧化作用原理图

2、各种化学键的氧化能

化学健 正孔和氢氧根自由基 碳 -碳键 碳 -氢键 碳 -氮键 碳 -氧键 氧 -氢键 氮 -氢键
氧化能 (kcal/mol) >120 83 99 73 84 111 93

此外，如表 2所示，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，二氧化钛通过这种氧化能力破坏了细胞内的辅酶A等辅酶和呼吸作用酶等发挥抗菌作用而使细菌或真菌的繁殖中止；同时当带正电荷的空穴接触到带负电荷的微生物细胞后，依据库伦引力，相互吸附，并有效地击穿细胞膜，使细胞蛋白质变性，无法再呼吸、代谢和繁殖，直至细胞死亡，完成灭菌； 并能将 细菌或真菌释放出的毒素分解 并具有抗菌的作用。


3、各种氧化剂的氧化电位


氧化剂

氧化电位（伏特）

相对氧化电位（对数值）

氢氧根自由基

2.80

2.05

氧原子

2.42

1.78

臭氧

2.07

1.52

双氧水

1.77

1.30

双氧自由基

1.70

1.25

次氯酸

1.49

1.10

氯气

1.36

1.00


二、光触媒主要功能和特点 

 2.1功能： 

 A、净化空气   B、防污除臭  C、抗菌防霉  C、清水自洁

 2.2特点：

(1)全面性：光触媒可以有效地降解甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。

(2)持续性：在反应过程中，光触媒本身不会发生变化和损耗，在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点。

(3)安全性：无毒、无害，对人体安全可靠；最终的反应产物为二氧化碳、水和其他无害物质，不会产生二次污染

(4)高效性：光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。

2.3、应用范围

◆ 人居环境：居室、办公室、会议室、酒店、网吧、电影院、旅馆、歌舞厅

◆ 交通系统：汽车、火车、地铁、飞机、轮船、电梯

◆ 医疗系统：医院、卫生所、保健院、门诊部、急救中心、防疫站

◆ 教育系统：学校教室、宿舍、礼堂、食堂、图书馆

三、制备二氧化钛的方法

  光触媒液其主要成分是纳米二氧化钛，制备二氧化钛的方法有： 沉淀法、溶胶凝胶法、 W/O 微乳液法、气相反应法

3.1、均匀沉淀法 ：以 H2SO4法制备钛白粉中的中间产物---钛液为原料，外加金红石型二氧化钛晶种为促进剂，以十二烷基磺酸钠表面活性剂、尿素为沉淀剂，制备出纳米金红石型二氧化钛分子

3.2、溶胶凝胶法 ：纳米二氧化钛合成一般以钛醇盐 Ti (OR) 4 (R= -C2H5, -C3H7, -C4H9) 为原料，其主要步骤是：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，以保证钛醇盐的水解反应在分子均匀的水解平上进行，由于钛醇盐在水中的溶解度不大，一般选用小分子醇（乙醇、丙醇、丁醇等）作为溶剂，钛醇盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，经陈化，溶胶形成三维网络而形成凝胶，干燥凝胶以除去残余水分，有机基团和有机溶胶和水，得到纳米二氧化钛粉体。

当无水乙醇为溶剂制备纳米 TiO2时，根据现在有研究结果，典型的试剂配比为：

                      Ti (OC4H9)4 ： C2H5OH ： H2O = 4 ： 16 ： 1

使用这种工艺生产周期长、产量低、在生产过程中会使用大量无水乙醇等有机物，不适于生产纯无机材料的光触媒。

3.3、蒸气凝聚法： 利用高频等离子技术对工业二氧化钛粗品进行加热，使其汽化蒸发，再急速冷却可得到纳米级二氧化钛。

3.4、气相氧化法 ：将高纯度的 TiCl4高温下氧化来制备二氧化钛，反应温度、停留时间及泠却速度等都将影响气相氧化法得到的二氧化钛的粒子形态。在研究中发现二氧化钛随着停留时间的延长和反应温度升高而增大，金红石型二氧化钛含量随停留时间延长而增加，当反应温度达到1300 ℃时，金红石型二氧化钛含量出现最大。 这种生产工艺方法能源消耗大，对设备腐蚀性强，投资大，并且设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀。

         TiCl4(g) ＋ O2(g) —— > TiO2(g) ＋ 2Cl2(g)

               n TiO2(g) —— > n TiO2(s)

3.5、气相水解法 ：气相水解法又叫气溶胶法，既可以使用 TiCl4为原料，也可以使用 Ti(OR)为原料，其中约含锐钛矿型70%，金红石型30%，平均粒径为30纳米，比表面积为每克50平方米，气相水解法不直接采用水蒸气水解，而是靠氢氧焰燃烧生产的水蒸气气解，反应温度高达1800 ℃以上，反应中可以通过调节温度，料比，流量，反应时间等参数控制二氧化钛的粒径和晶型。 但高纯度的 TiCl4在氢焰中进行高温水解而制得的纳米二氧化钛，很难控制反应温度和压强，并且投资很大，工艺复杂。 
3.6、各种生产方式都有各自的特点： 
1、沉淀法：易产生物料局部浓度过高的现象，难以控制粒子的形态，而且生产过程中三废严重。厂家处理污染成本很大。 
2、溶胶凝胶法:制备方法简单，成本较低，温度容易控制。

加入硝酸水溶液作用：抑制水解；使得胶体粒子带有正电荷，阻止胶粒凝聚。 
用此法制备溶胶稳定，但是生产出的光触媒晶型难以控制，附着力差。 
3 、 W/O 微乳液法：原料成本很高，工业化难度大。 
4 、液相法：需要通过煅烧才能得到锐钛型、金红石型或混合晶型粒子，生产过程中极易导致粒子团聚或烧结。 
5 、水解法：以 TiCl4 高温氧化反应为主，能直接得到锐钛型、金红石型或混全晶型粒子，分离较困难，使用大量有机物，这种方法制成的光触媒时效短，放置时间长会出现分层。

3.7、生产技术难点 
1、分散技术。二氧化钛不溶于水，如何均匀将纳米二氧化钛分散在水中。分散技术为企业的核心商业秘密。一般企业不能具备这种能力，因为对技术、设备要求非常高。 
2、规模化生产的能力。实验室里能生产出来的产品，不一定能规模化生产，规模化的生产要低成本并能控制质量的稳定。

四、二氧化钛应用科研方向

二氧化钛在实际应用中存在两个缺点： 
1、其带隙较宽，光吸收仅限于紫外光，限制在正常光照下的效果。 
2、纳米二氧化钛在光照的情况下产生的光生载流子，它有可能在二氧化钛粒子内部和表面上重新复合，降低了光催化活性。

二、 二氧化钛应用的 研究方向 
1、就二氧化钛本身而言，作为光触媒产品的二氧化钛一定要有较高的活性，这要求它的晶粒度与颗粒度非常小；粒子尺寸分布窄；晶相为锐钛型或大部分锐钛型与小部分金红石型混晶型；结晶度好，无或少表面缺陷；比表面积大；表面吸咐能力强等等，总之应发挥利用超微粒子的表面效应、尺寸量子效应和介电限域效应的优势。 
2、光触媒产品不单独使用纳米二氧化钛，而是向其中引入外来物质进行修饰和改性，其方法主要有：有机染料光敏法，贵金属沉积，金属离子掺杂，半导体耦合法等。 
3、光催化反应体系工艺条件与控制，如反应物浓度、二氧化钛的用量和固定化、是否添加电子清除剂或空穴清除剂、担载材料的选择、光源和光强、反应器或光电池的结构设计等。 
4、辅助能量场的引入，如电场、磁场、微波场等强化措施

光触媒产品性能实验

辨别光触媒中是否含有添加剂的简易方法

方法一：旋转法。用离心机旋转 15 分钟，若出现分层的光触媒一定含有分散剂，未出现分层的光触媒不含分散剂

方法二：闻味法： 如果打开光触媒液包装的瓶盖，有酒精味、树脂味、或其它有机物气味，则含有分散剂。

方法三：加热法：盛少量光触媒到坩埚，用酒精灯进行充分加热，若残留物呈黑色灰烬状，则含黏结剂；否则无。

方法四：浓度法：按目前公开的资料，不含分散剂的光触媒浓度超过 1% 已经很高，含黏合剂则可以超过 3% ，所    以可以通过观察浓度的办法辨别。

影响光触媒产品效能及价格的几个因素

一、二氧化钛晶体类型

二氧化钛具有多种晶体结构，市场上常见的有锐钛矿型和金红石型。其中锐钛矿型适用于光触媒，氢氧自由基饱和度高，氧化分解能力强。

二、二氧化钛晶体粒径大小

光触媒是在表面上进行作用，表面积越大，处理能力越强；同样的处理面，颗粒粒径越小，相对表面积越大（比表面积越大），氧化分解能力越强。 
国际上通常将粒径100纳米以下的材料统称为纳米材料；不同的粒径所需要的生产工艺不同，粒径越小，工艺要求越复杂，生产成本越高。而粒径每下降一个数量级，价格就不是简单的一倍两倍的事情 。

除实验室外，目前国际上在规模化生产中能达到 10 纳米以下的还很少。

三、粘合技术

粘合技术是 光触媒的关键技术之一。如果粘合技术不过关，二氧化钛就容易脱落，就不可能具备长期有效性。另外，粘合技术不过关，二氧化钛将会将粘合剂分解掉，而造成脱落。

技术含量高的光触媒甚至可以不添加 黏结剂而保持长期性。

四、分散技术

光触媒的专利技术之一。

纳米二氧化钛粒子容易团聚，如果分散技术不好，将会形成较大个体的二氧化钛颗粒，这与光触媒技术要求的纳米技术（大比表面积）相违背，处理能力急剧下降。

五、可见光技术

光触媒的专利技术之一。

光触媒在紫外线的作用下才能充分发挥作用，光照条件限制了光触媒的应用，如果想发挥大的效果，必须添加紫外灯；普通光触媒没有紫外线不能发挥效能！

可见光技术是光触媒研究方向之一，目前效果并不理想，如有的产品，添加银或铜的方式，实现可见光作用。但是，银或铜容易被氧化，氧化后就会失去原有性能，所以无长期性。

由于以上各种原因，造成了市场上各种光触媒产品性能差异，价格相差很大。我们知道，在技术上的点滴差距都会使产品性能产生质的不同！例如，有的厂家只是购买 100纳米左右的二氧化钛粉末，再加上水、酒精等简单方法，根本无工艺可言。这样的产品既坑害了消费者，又扰乱了光触媒这一新兴产业

光触媒鉴别方法

近来，网络上发现大量鉴别光触媒的方法的帖子，其中有个别厂家、商家诱导消费者。为此，应部分客户、消费者的要求，整理如下内容以供参考。

鉴别光触媒应该首先鉴别光触媒真伪，其次鉴别光触媒优劣。

优质光触媒应为： 通过特殊的制备方法完成纳米级 二氧化钛 在水中的分散， 胶体、 粒径小（ 15纳米以下）、颗粒均匀、无分散剂、无黏结剂、不含重金属、浓度适中、黏度适中、附着力好、 褪色性能好、 分散均匀、状态稳定、 无分层、 无味、喷涂后无色、中性，适合各类表面。

光触媒真伪鉴别

1 、看颜色。由于制备方法不同和用途不同，光触媒呈现不同颜色，常见的颜色有 乳白色、淡黄色、淡蓝色 或无色液体、半透明液体。 如果颜色暗黑，则为伪劣的光触媒产品。

2 、光散性。 当可见光透过溶胶时会产生明显的散射作用，即丁达尔现象。 胶体有丁达尔现象，而溶液没有，所以可以用丁达尔现象来区分胶体和溶液。不论何种颜色的光触媒溶液都应该有 丁达尔现象。若没有丁达尔现象， 则为伪劣的光触媒产品。

3 、稳定性。光触媒分散技术较好，一般不会分层、沉淀，但是若纳米粒径小、没有分散剂，那么长时间静置可能有少许凝聚现象，使用时摇动几下即可，不影响使用性能。若容易发生沉淀而且沉淀较多， 则为伪劣的光触媒产品。 伪劣产品由于材料选用差、分散工艺差等原因导致大量沉淀，这种沉淀不是所谓的纳米二氧化钛含量高所致，而完全是材料及技术原因造成的。一种原因是用普通钛白粉假冒纳米级二氧化钛，颗粒大了上千倍；另一种原因是生产工艺不过关，纳米二氧化钛呈团聚状态，远远大于 100 纳米的国家纳米技术标准。

4 、看 气泡。用力摇动光触媒后产生少量清澈的水泡，并很快消失；若摇动后有肥皂泡状的气泡产生，并很长时间才能消失，则为 伪劣的光触媒产品。

5 、看褪色功能。将 甲基蓝稀释后滴在已喷涂光触媒的瓷片上，光照后，蓝色很快消失。若不能褪色或褪色不明显， 则为 伪劣的光触媒产品。

6 、看起效时间。光触媒通过表面作用分解有机物，所以需要一段时间才有比较明显的治理效果，优质光触媒一般需要 7-15 天分解有机物。

7 、看光照条件。 光触媒是通过吸收光的能量后表现催化剂作用的，无光状态光触媒没有能量来源，所以没有效果。 据资料显示，目前达到 550nm的产品能进行批量生产的还很少。

8、看 企业标准备案。标准是规范企业进行产品生产的基本文件，企业生产产品至少应该有在市级质量技术监督局备案的企业标准。

光触媒优劣鉴别

1、是否分层？用离心机旋转 10 分钟，若出现分层的光触媒一定含有分散剂，未出现分层的光触媒不含分散剂。优质 光触媒 不含分散剂。

2、是否有残留物？盛少量光触媒到坩埚，用酒精灯进行充分加热，若残留物呈黑色灰烬状，则含黏结剂；否则无黏结剂。优质 光触媒 不含黏结剂。

3、是否有气味？ 如果打开光触媒包装的瓶盖，有酒精味、树脂味、或其它有机物气味，则为劣质光触媒。 优质 光触媒为无味的水溶液。

4、是否呈现中性？ 测酸碱度 PH 值。若光触媒 PH 值在 5 以下或者大于 9,腐蚀作用明显，可能使墙面或家具、织物表面变色。优质的光触媒产品是中性的， PH 值接近 7 ，一般 6-9 之内也可以，不会对物体产生腐蚀作用。

5、是否会变色？ 劣质 光触媒 在阳光的直射下几小时内变黑，这是因为二氧化钛在光照下会发生光催化反应，氧化了其溶液中的有机物成分。 优质 光触媒在光照下不会变色。

6、是否有粘性？ 劣质 光触媒状态如糊状、较稠、有一定粘性。 优质 光触媒状态如水，基本没有粘性。

7、是否有检测？ 选择光触媒产品之前必须要求光触媒生产厂家出具权威检测机构的三份检测报告，即灭菌效果检测报告、有害物质降解效果检测报告和产品无毒试验报告，而且，三份报告均必须印有 CMA 标志（国家计量认证单位标志）。 
在这三份报告中，尤以无毒试验报告最为重要。如果消费者在选择光触媒产品时，生产商不能提供无毒试验报告，就说明其光触媒产品在加工过程中添加了其他有害物质，产品的无毒特性已经被破坏，劣质光触媒的使用存在环境和健康隐患。

8、浓度鉴定。常用的光触媒浓度为 0.5-0.8% ，有添加剂的光触媒可以达到 3% 以上，但是有添加剂的光触媒表面会被添加剂部分覆盖，影响光催化性。若无添加剂，光触媒浓度达到 1% 时，性能已经非常优异。优质 光触媒 不含添加剂。

9、粒径鉴定。光触媒的性能与 二氧化钛的颗粒大小有关，颗粒越小，光催化效果越好。除实验室外， 目前国际上在规模化生产中能达到 10纳米以下的还很少。

10、附着鉴定。优质光触媒具有良好的附着力，喷涂凉干后即可形成一层牢固的薄膜。二氧化钛正是通过这一膜层吸收阳光中的紫外线，并产生光催化作用的。喷涂后能否形成薄膜，直接影响到降解效果，而膜层是否牢固又影响到产品能否持久地发挥效力。一类劣质光触媒喷涂后无法形成膜层，干燥后迅速粉化。而另一类光触媒喷涂后虽然可以成膜，但用湿布擦拭后立刻消失。这两类产品均无法正常发挥光触媒降解污染和灭菌作用。消费者在选择购买前可用手指沾少量光触媒在深色桌面均匀涂抹，待凉干后观察其成膜状态，并用湿布擦拭观察其附着力。如果产品粉化或者无法附着，即可断定产品质量不佳。