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光催化測試技術與標準化淺析
發布時間：2020-11-19 瀏覽量：6864
經過近30多年的努力，光催化材料的應用研究已經取得了突破性進展，特別是近年來，光催化材料的防污、抗菌、脫臭、空氣凈化、水處理以及環境污染治理等方面已經開始得到了廣泛應用，并已形成了相當規模的產業。
在產業興旺發展的同時，如何評價光催化性能稱為擺在各國光催化工作者面前的難題。二氧化鈦為主的光催化材料的主要性能包括抗菌、空氣凈化、自清潔和水體凈化等，這里分別討論一下。
1、抗菌性能
光催化材料必須在光照條件下才能具有抗菌性能；光照條件一般必須滿足高于二氧化鈦的禁帶能級3.2eV，約合388nm紫外線的能量，所以結合到工業化生產的紫外燈情況，目前的紫外響應的光催化材料一般選用主波長為365nm的紫外燈照射。由于紫外線有一定的殺菌作用，結合到表1所示各場所的代表光強，抗菌選用的光照強度不高于0.1mV，這個光強基本上對菌的殺傷作用較小。
2、空氣凈化
光催化材料是強催化氧化作用可以將空氣中的有害氣體如甲醛、苯、二氧化硫、一氧化氮等氧化成無害的二氧化碳和水，非常適合用于室內空氣治理。凈化功能的評價是用光催化材料在特定條件下對標志物的催化去除效率來衡量。基本原理是采用固定濃度的反應標志物和光催化材料反應，測度反應后的氧化產物——二氧化碳的生成量和標專物的去除率來表征凈化效率。
測試標準化要求采用的標志物性質穩定、毒性較低、易于測量，甲醛在紫外的照射下容易發生聚合，苯的毒性太大，因此選用毒性較低、性能較穩定的乙醛來作為標志物。
由于大多數的光催化空氣凈化材料的吸附能力較強，在測試前必須增加暗吸附步驟，達到飽和后，再開始光照條件下測試其分解能力。一般的，采用5mL/m3的乙醛與氧氣組成混合氣，暗吸附完成后，光照條件365nm，光強為lmW/cm2室溫下每15min測試出口的乙醛和二氧化碳的濃度，直至乙醛濃度穩定即可結束測試。
3、自清潔
光催化材料在光照下產生的強氧化作用的同時，使自身的表面接觸角大為下降，在降水等存在的條件下可以自保持清潔的性能，稱為自清潔。測試的原理是采用標志物與自清潔材料接觸，在光照催化下，隨著標志物的降解，材料表面接觸角也隨之下降，以其能達到了最小接觸角來表征自清潔性能。
與空氣凈化相類似，標志物的選擇是關鍵之一。選擇常用的污物模擬物——油酸。
將定量油酸均勻涂抹于自清潔材料表面，在室溫下，開啟365nm紫外燈照射，光強為lmW/cm2,每隔一段時間（一般2h、4h、24h等）測試，直至接觸角不再變化，光照時間最長不超過168h。
若在測試時接觸角達到5O以下，則可以提前終止試驗。
4、水體凈化
光催化材料的強氧化性能也可用于水體凈化方面。水中的污染物較多，與空氣測試類似，也需要采用標志物來模似。一般的采用性能穩定的亞甲基蘭來測試。
上述的四項測試已經形成相應的國家標準。當然，光催化并不局限于上述的四項應用，并且隨著光催化技術的發展，如延伸到可見光領域等，還需要廣大科技工作者進一步努力，開發適合的測試方法來表證其性能。