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光催化測(cè)試技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化淺析
發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 瀏覽量：7045
經(jīng)過(guò)近30多年的努力，光催化材料的應(yīng)用研究已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，特別是近年來(lái)，光催化材料的防污、抗菌、脫臭、空氣凈化、水處理以及環(huán)境污染治理等方面已經(jīng)開(kāi)始得到了廣泛應(yīng)用，并已形成了相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。
在產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)展的同時(shí)，如何評(píng)價(jià)光催化性能稱(chēng)為擺在各國(guó)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(jí)3.2eV，約合388nm紫外線的能量，所以結(jié)合到工業(yè)化生產(chǎn)的紫外燈情況，目前的紫外響應(yīng)的光催化材料一般選用主波長(zhǎng)為365nm的紫外燈照射。由于紫外線有一定的殺菌作用，結(jié)合到表1所示各場(chǎng)所的代表光強(qiáng)，抗菌選用的光照強(qiáng)度不高于0.1mV，這個(gè)光強(qiáng)基本上對(duì)菌的殺傷作用較小。
2、空氣凈化
光催化材料是強(qiáng)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(wú)害的二氧化碳和水，非常適合用于室內(nèi)空氣治理。凈化功能的評(píng)價(jià)是用光催化材料在特定條件下對(duì)標(biāo)志物的催化去除效率來(lái)衡量。基本原理是采用固定濃度的反應(yīng)標(biāo)志物和光催化材料反應(yīng)，測(cè)度反應(yīng)后的氧化產(chǎn)物——二氧化碳的生成量和標(biāo)專(zhuān)物的去除率來(lái)表征凈化效率。
測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化要求采用的標(biāo)志物性質(zhì)穩(wěn)定、毒性較低、易于測(cè)量，甲醛在紫外的照射下容易發(fā)生聚合，苯的毒性太大，因此選用毒性較低、性能較穩(wěn)定的乙醛來(lái)作為標(biāo)志物。
由于大多數(shù)的光催化空氣凈化材料的吸附能力較強(qiáng)，在測(cè)試前必須增加暗吸附步驟，達(dá)到飽和后，再開(kāi)始光照條件下測(cè)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(qiáng)為lmW/cm2室溫下每15min測(cè)試出口的乙醛和二氧化碳的濃度，直至乙醛濃度穩(wěn)定即可結(jié)束測(cè)試。
3、自清潔
光催化材料在光照下產(chǎn)生的強(qiáng)氧化作用的同時(shí)，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(chēng)為自清潔。測(cè)試的原理是采用標(biāo)志物與自清潔材料接觸，在光照催化下，隨著標(biāo)志物的降解，材料表面接觸角也隨之下降，以其能達(dá)到了最小接觸角來(lái)表征自清潔性能。
與空氣凈化相類(lèi)似，標(biāo)志物的選擇是關(guān)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(kāi)啟365nm紫外燈照射，光強(qiáng)為lmW/cm2,每隔一段時(shí)間（一般2h、4h、24h等）測(cè)試，直至接觸角不再變化，光照時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)168h。
若在測(cè)試時(shí)接觸角達(dá)到5O以下，則可以提前終止試驗(yàn)。
4、水體凈化
光催化材料的強(qiáng)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(cè)試類(lèi)似，也需要采用標(biāo)志物來(lái)模似。一般的采用性能穩(wěn)定的亞甲基蘭來(lái)測(cè)試。
上述的四項(xiàng)測(cè)試已經(jīng)形成相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，光催化并不局限于上述的四項(xiàng)應(yīng)用，并且隨著光催化技術(shù)的發(fā)展，如延伸到可見(jiàn)光領(lǐng)域等，還需要廣大科技工作者進(jìn)一步努力，開(kāi)發(fā)適合的測(cè)試方法來(lái)表證其性能。