光催化又名光触媒,光催化产生的氢氧自由基具有极强的氧化性,它几乎可以作用于所有的有机物,尤其是对装修污染中的甲醛、笨等有机化合物有着非常显著的净化效果,而且大部分的气味分子均为有机化合物,包括很多有机涂料这些都是光催化的分解对象;另外光催化对细菌、病毒等生物污染还能够起到很强的杀菌作用。
光催化在发现之初,被公认是祛除有害有机物的优秀工具,受到社会广泛关注,但随着光催化的深入应用,由于初期受到技术因素的约束,无法将理论上的光催化效果有效发挥,渐渐光催化的作用被忽视。近年来,随着涂覆工艺与紫外线灯的制造工艺日渐成熟,光催化的效果越来越高。
光催化的作用原理
光催化就是利用光照射到反应物上,发生作用分解异味分子的过程。在光催化物质中,二氧化钛由于很强的稳定性、耐久性、抗磨耗性,很好的经济性与实用性被广泛利用与光催化领域。
当二氧化钛受到能量大于其禁带宽度(能带)的光照射时,其价带上的电子[e-]就会跃迁到导带上,同时在原价带上产生相应的空穴[h+](金属半导体的特性)。化学反应式如下:
TiO2 + UV ( hν) → h+ + e-
产生的电子与空穴将会与周围空气中的水和氧气发生化学反应,产生活性非常强的氢氧自由基与过氧基,化学反应式如下:
H2O + h+ → H+ + OH O2 + e- → O2-
尤其是氢氧自由基,它具有120kcal/mol的能量,而构成有机化合物的碳—碳(C—C)、碳—氢(C—H)、氢—氧(H—O)等共价键,其结合的键能一般在100kcal/mol左右,最大不超过111kcal/mol,所以氢氧自由基作用于这些共价键上,可以轻易破坏它们的分子结构,使其最终分解成为对人体无害的CO2和H2O。
影响光催化效果的两个基本因素
光催化表面接触反应技术
由于光催化是表面反应,只有接触光触媒表面时,光触媒受激发生跃迁的电子在导带中发生位移,才能产生效果。
早期的光触媒涂布方法是将二氧化钛粉末制成研磨剂,涂在基材表面,但这种涂布方法没有黏合力,经干燥后容易脱落。后来将二氧化钛粉末与有机黏合剂混合一起进行涂布,但是时间一长,由于有机黏合剂被二氧化钛分级,同样造成二氧化钛的脱落,不具耐久性。而如果采用石灰等无机黏合剂,二氧化钛就会被埋没在这些无机黏合剂之中,是光触媒既受不到光的照射也不能和污染物直接接触,因此不能充分发挥光触媒的性能。所以光催化出现早期,人们对它的作用充满质疑。
随着技术推进,涂布方式有了很大改进。目前雪莱特运用的是单纯用二氧化钛为原料的膜状二氧化钛光触媒,由于它是在单体表面直接制膜,附着力强,而且成分是纯度极高的二氧化钛,可充分发挥其光触媒作用。
光与触媒发生的反应
二氧化钛需要紫外光激活反应
二氧化钛的能隙(即令电子发生跃迁所需的能量,换言之就是激活光触媒的能量)为3.2eV,通过换算可知,只有波长小于388nm的光能才可以激活二氧化钛,而这部分波长的光正好是紫外线。

365nm光能紫外线最能激活二氧化钛
通过大量的实验得出,365nm波长的紫外线是激活以二氧化钛为半导体介质的光触媒的最佳光源。

上图表引自《Untersuchungen zur photokatalytischen NOX-Reduktion in sauerstoffreichen Modell-Abgasen》,表中显示了以飞利浦HAP1000的紫外灯管为光源以二氧化钛为光触媒介质在不同波长下的催化效果,如图所示365nm具有最强的光化学反应效果。
雪莱特是国内制造365nm波长紫外灯的少数几间厂家之一,365nm的紫外灯难度在于在高纯度硬度石英上涂粉的工艺,雪莱特采用是独有的横式涂粉法,可以涂敷60CM以上的灯管。根据灯管长度越长、功率越大的规律,雪莱特制造的大功率365nm紫外线灯能发挥更好的光催化作用。
善用优质紫外光源,保障光催化效果
普通日光灯所用的玻璃对紫外线的透过率非常低,小于5%,几乎可以认为无法透过紫外光。有一种透紫外线的玻璃,即通常所说的高硼玻璃,它对紫外透过率约是50%~60%。雪莱特紫外线灯使用的高纯度石英玻璃对紫外线的透过率高达90%以上,可见高硼玻璃对紫外线的透过率仅为石英玻璃的60%。另外高硼玻璃灯紫外光强度很容易衰减,它点灯数百小时后其紫外光强度就大幅下降,降到初始时的50%~70%,时间再长,衰减更甚。在用户手上,虽然看到灯管还是亮的,但它可能已不起作用了。而石英玻璃的光衰程度要远小于高硼灯,优质的石英灯的光衰在亮灯2000-3000小时后,光衰

