隨著我國經濟的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題日趨嚴重，工業(yè)廢水、廢氣，城市汽車尾氣、農藥使用、生活污水排放等，對我們的生存環(huán)境產生了很大的負面影響。傳統(tǒng)的環(huán)保處理設施只是對集中的污染源進行處理，雖然可以降低部分污染，但是存在一些缺點，如化學處理時會產生二次污染，且運行成本高，二是對于公共區(qū)域.如城市空間的空氣、河流、湖泊的污染水質，很少使用專門的環(huán)保處理設備進行處理。光觸媒技術的發(fā)展，為全面的環(huán)境治理帶來可能。研究表明，光觸媒材料納米二氧化鐵可以在常溫常壓下，將有機物如烴類、鹵代物、表面活性劑、有機酸、有機農藥等完全轉化為水、二氧化碳等無害物質。將納米二氧化欽光觸媒技術運用到透水混凝土上，制成空氣、水質凈化功能透水混凝土，這種全新的材料鋪設于城市道路、廣場、公園道路、河流和湖泊的護坡，將在城市空氣、水質的污染治理方面發(fā)揮巨大的作用。

1光觸媒原理

2提高光觸媒效能
    2.1影響光觸媒效能的因素
    納米二氧化欽的光催化原理是光產生的電子e和空穴h。但是它們產生后極易重新復合，一旦重新復合，光催化的活性就降低了。研究表明，銳欽型二氧化鐵比金紅石型二氧化欽光催化活性高300-2000倍。
    提高光觸媒效能的研究主要集中在提高其可見光利用率方面。這是因為TO:是一種寬禁帶半導體，其禁帶寬度為3.2eV，只有波長小于388nm的紫外線才能激發(fā)它的外層電子產生躍遷，從而具有催化活性。然而紫外線具有的能量在太陽光中所占的比例不到6%，而波長為400-700nm的可見光具有的能量則占太陽能的45%，因此充分利用可見光能里是增強光觸媒的催化效能的最現(xiàn)實有效的途徑之一。
    2.2提離光觸媒效能的途徑
    2.2.1離子摻雜
    通過對丁iO:納米粒子的修飾和改性處理，可以將半導體的有效激發(fā)區(qū)由uV區(qū)移到可見光區(qū)，實現(xiàn)將太陽能中的可見光用于Ti0:光催化體系。目前研究認為，離子摻雜一方面可以改變Ti02的能級結構.另一方面摻雜使電子和空穴分離，延長了電子和空穴的壽命，使單位時間、單位體積內的光生電子和空穴數(shù)量增多。離子摻雜可分為金屬離子摻雜和非金屬離子摻雜。
    2.2.2表面光敏化
    表面光敏化是通過添加適當?shù)墓饣钚悦艋瘎饣钚悦艋瘎└鶕?jù)其物理或化學特性吸附于Ti0:的表面，這些物質在可見光下具有較大的激發(fā)因子。在可見光照射下，吸附態(tài)光活性分子吸收光子后，被激發(fā)產生自由電子，注入到TiO2的導帶，從而擴大了Ti02激發(fā)波長的范圍，使之能利用可光來降解有機物，這一過程稱為催化劑的表面光敏化。

    2.2.3表面貴金屬沉積
    將微量貴金屬負載在納光二氧化鐵表面，載流子重新分布，相應減小了二氧化欽表面的電子密度，從而有效地抑制了電子和空穴的復合，電子和空穴各自在不同的位置發(fā)生氧化還原反應。大大提高了光催化的效能。
    2.2.4復合半導體
    當兩種或兩種以上的半導體通過復合形成一定的微觀結構.其光化學性和物理性質會發(fā)生很大改變，復合半導體主要考慮不同半導體的禁帶寬度，價帶，導帶能級位置和晶型匹配等因素，通過半導體藕合提高電荷分離效率，抑制電子一空穴對(的)復合，可以擴展光譜的響應范圍。

3光觸媒對空氣和水質的凈化作用
    研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化欽能夠降解空氣中超標的有機物和CO,SO2,NO:等有害氣體。利用納米二氧化欽的光催化作用可將這些氣體氧化，形成蒸汽壓低的硝酸和硫酸，這些硝酸和硫酸可利用水溶液吸收，達到凈化的效果。同時，二氧化欽作為一種光催化劑，與吸附劑(如沸石、活性碳、二氧化硅等)相結合，在弱紫外光的照射的激發(fā)條件下可有效地降解室內低濃度的有害氣體，如甲醛、甲苯等有機物可完全被催化分解為二氧化碳和水，
    同樣，納米二氧化欽能有效地對鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、有機酸類、硝基芳烴、表面活性劑、農藥等進行光催化反應，最終以上有機物生成無機小分子物質。所以，納米二氧化欽可處理多種類型的有機廢水，如催化降解染料廢水、油田的含油廢水及含有石油污染物的水體、含苯酚類污染物的洗煤廢水、垃圾填埋場的滲濾液等，均具有良好的降解效果。
    日本已在高速公路兩側、隧道內設盆了涂復納米二氧化欽的光催化板，用于除去氮氧化物來防治汽車尾氣。納米鐵白粉的光催化作用還能殺菌，如納米二氧化欽對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有強殺菌力，可將其用于醫(yī)院手術臺和墻壁、浴缸、瓷磚及衛(wèi)生間等地方。
4空氣水質凈化功能的透水混凝土
    透水混凝土作為一種新型的生態(tài)環(huán)保的鋪地材料，已被廣泛運用在城市道路、廣場、園陵、河流湖泊的生態(tài)護坡上。以透水混凝土作為光觸媒的載體，優(yōu)勢在干:一是透水混凝土表面為多孔結構，比表面積遠大于平面的面積;二是多孔構造表面，即使表面有磨損，孔內的光觸媒物質不會被破壞，因而能保證光觸媒效能的持久性;三是它作為一種道路材料，鋪設面積廣，廣泛使用空氣水質凈化功能的透水混凝土后，對環(huán)境改善效果明顯。

    4.，光觸媒表面涂石材料的選擇
    通常選擇銳欽型二氧化欽，需要在納米級(一般要求小于1 Onm)才能有足夠的表面積使其進行光觸媒反應。但顆拉越小所需要的生產成本越高，現(xiàn)在有些從業(yè)者為了降低成本采用徽米級的光觸媒，雖然價格便宜，但是效果有限。    從光觸媒涂菠材料的耐久性來看.二氧化欽的固定是另一個關鍵點。固定化的過程則必須考慮光觸媒反應活性及耐久性兩大問題，用有機物作為固定材料時，有機物本身有被分解的問題，用無機物作為固定材料時，光觸媒表面被無機物菠蓋，不能發(fā)揮功效。因此需要在反應活性與耐久性之間找到一個比較好的平衡點。
    4.2空氣水質凈化功能透水混凝土試驗
    4.2.1光觸媒表面涂覆材料的選擇
    南京標美彩石研制的凈化功能透水混凝土涂覆材料;光觸媒選用銳欽型納米級的二氧化鐵(粒徑小于10nm),固定相選用耐磨性、耐水性、耐堿、抗紫外線、抗老化性能優(yōu)良的有機樹脂，另外樹脂還應具備多孔和透氣性的特點。配合多種添加劑把光波響應范圍擴大到可見光區(qū)。
    4.2.2透水混凝土采用南京標美彩石透水混凝土。

    4.2.3試驗方法
    1)空氣凈化檢ZI按JC/T1074-2008(室內空氣凈化功能涂覆材料凈化性能)制樣和送檢:
    2)水質凈化，將透水混凝土制成200mm200mm"30mm的試塊;
    3)試塊成型養(yǎng)護3天后，在表面噴涂凈化功能透水混凝土涂粗材料;
    4)噴完千燥1天后進行試驗。
    4.2.4結果與討論
    1)空氣凈化檢驗結果見表10
    2)水質凈化試驗
    空氣水質凈化功能透水混凝土樣塊如圖1;
    對亞甲基藍水樣凈化試驗如圖2;
    對河底污水樣抑制菌藻生長試驗如圖30
    3)討論

    空氣水質凈化功能透水混凝土用于城市道路建設時，通過光觸媒的催化作用，有效、徹底地消除大氣中的各種污染物，包括汽車尾汽、含各種有機污染物的氣體，而光觸媒本身沒有任何的揮發(fā)性和化學毒物釋放，凈化空氣后的最終產物是水和二氧化碳等的無害物質，不存在二次污染問題，因此在使用過程中對人體安全可靠。
    在水質凈化方面，通過在河道和湖泊的護坡鋪設空氣水質凈化功能透水混凝土.能同樣有效的消除水體中的有機污染物，殘留農藥等，降低水體的化學耗氧最，并能抑制菌藻的生長，其本身對水體不會造成任何污染。
    空氣水質凈化功能透水混凝土用千凈化空氣和水質，具有以下優(yōu)點:
    (1)全面地凈化水質和空氣，有效的消除大氣和水中各種有機污染物，還可有效地殺滅土壤、空氣和水中的各種致病細菌和病毒，預防疾病的流行;
    (2)凈化汽車尾氣，消除日益繁忙的城市交通帶來的空氣污染;
    (3)在具備道路和河堤護坡的使用功能和美觀功能外，同時具備空氣凈化功能;
    (4)由于二氧化欽的化學穩(wěn)定度很高，在反應過程中本身不發(fā)生變化和損耗，在光照下可持續(xù)凈化污染物，具有持續(xù)作用的優(yōu)點，它的空氣凈化功能具有持久性，研究表明，一般凈化功能可以保持10年以上;

    (5)通常的環(huán)保處理過程和消毒方法會形成二次污染。而二氧化鐵的化學穩(wěn)定性，使其無毒、無害，對人體安全可靠;它凈化各種物質最終的反應產物為二氧化碳、水和其他無害物質，不產生二次污染;
    (6)在凈化空氣和水質時，不需要投入原料，也不需要投入能源，只需要有光照就可以持續(xù)地凈化空氣和水質，完全符合節(jié)能環(huán)保的要求。

本文由歐進地坪漆編輯整理，轉載請注明出處http://www.2oof.cn