纳米光催化技术在大气污染治理中的应用纳米光催化技术在大气污染治理中的应用

• 作 者: 袁亮
• 出 处: 科技信息·学术版
• 发表日期: 2021年33期

摘要：在大气污染治理中应用纳米光催化技术，可以提高大气污染治理效果，纳米光催化技术因其光感光效果、对环境和人体无害，而今已经成为社会上先进的空气净化技术。当前纳米光催化技术在大气污染治理被广泛应用，为了分解大气污染物的成分，需要开发可靠性高的纳米催化剂。为了实现新技术开发后对大气污染的有效控制，相关技术也在不断优化升级，同时结合相应环境研究空气净化装置，纳米光催化技术在大气污染治理中的应用对优化生活环境具有重要意义。

关键词：纳米光催化技术;大气污染治理;应用

引言：

空气污染已成为世界性的问题，全世界的人都在寻找解决环境污染问题的方法。现在，正在开发许多新的技术和方法，纳米光催化技术也是其中之一。这是一种环境净化技术，会使环境中的污染物去除。纳米光催化材料是光催化技术最重要的部分，因此找到最佳催化材料，制备合适的催化材料的方法最重要。现在，科学家们一直在研究新的、高效的、经济的催化材料，但还没有明显的进步。需要找到适合制造载体催化剂的载体，改善其活化、反应效率、降低成本，并持续改善，来治理大气污染。

一、纳米光催化技术概述

一些研究者在生态学和环境保护领域促进了纳米光催化技术的普及。近年来，纳米光催化技术已成为国际研究的重要组成部分。今天，纳米光催化技术在分解大气中的有害气体、净化室内空气、杀菌除臭、污水和垃圾处理等方面取得了良好的成果。当今社会，在人口逐年增加的情况下，各种能源不足。但是，太阳能不同，可以无限期供应。将太阳能应用于纳米光催化技术，不仅可以避免大气污染物处理工艺的缺点，还可以节约能源。纳米催化技术是目前能够有效控制大气污染的最先进的治疗大气污染的方法与传统方法相比，它有明显的优点。简单的操作和高度的环境控制，可以利用太阳能去除大气中的污染物，防止二次污染。TiO₂具有稳定的化学性质和光电化学特性，对人体无害，耐光腐蚀，具有非常高的成本性能。用作大气污染防治的催化剂，没有比这更方便和复杂的工序和其他工艺，只在太阳光的照射下起作用，不会产生其他污染物。

光催化是將TiO₂作为催化剂使用的光催化法，利用紫外线照射TiO₂，生成羟基自由基和活性氧物质，其中羟基自由基是对光催化氧化起决定性作用的活性物质。光催化能够迅速有效地分解构成细菌的挥发性有机化合物和有机化合物，由于其他活性氧物质的协同效应，其氧化更快。污染物的特定条件会影响光催化剂的氧化速度。例如，使用光催化剂时，污染物的初始浓度、不同的紫外线强度、不同的空气湿度、不同的气流，都会对大气污染的防治产生不同的影响。结合光催化纳米材料的各种特性，可以减少转化产物和污染物，具有极强的氧化还原能力，并且有较好除去性能、温和条件、方便维护等优点。但是，TiO₂不能自由使用，因此并不是没有其缺点。容易合成的光生成载体对光催化效率有很大的影响，占有很大的面积，对工作条件的变化有很大的影响。

二、光催化技术所面临的挑战

纳米光催化材料的选择很多，特别是半导体光催化材料非常实用，应用方便，具有良好的光催化活性、稳定的化学特性和光电电化学特性。另外，光催化材料具有耐光性和耐腐蚀性，对人类健康无害，成本较低。纳米光催化材料的研究开发是光催化技术中最重要的因素。近年来，研究者不断研究这项技术，试图找到更合适的新技术和方法，但结果常常不够理想，开发的许多材料只适合实验室，因此有必要继续研究。光催化技术的挑战反映在许多方面。为了提高催化剂的活性，需要高效地开发催化剂。在实验中，为了确保其利用率大幅提高，合适的载体应该被选择用于催化剂的制备。在光催化反应的研究中，因为没有鉴定出活性物质和中间生成物，所以没有得到研究成果。研究者需要详细分析研究其原理，掌握有机物的分解规律，根据实际情况选择最佳的技术。

三、纳米光催化技术在大气污染治理中的应用

（一）纳米光催化技术应用于净化空气

目前有室内空气质量净化和通风技术，即主动形态和被动形态两种主要形态。其中，活跃的形态是形成有机整体，通过设备的操作提高室内空气环境质量的机械通风系统和室内空气净化装置相结合。被动形态是利用空气净化过滤器与自然系统之间的有效连接，实现室内的空气循环和变换。但是，无论使用哪种方法，通风技术都是不可缺少的。室内环境有混合通风、排气通风、单独通风等通风技术。其中，混合通风可以创造良好的室内环境，但如果室内空调温度较高，则会直接影响室内的热舒适性，破坏人们的生活体验。但是，单独通风很容易受到实际生活范围等因素的限制，因此其应用效率相对较低。在此基础上，考虑到室内通风的要求和通风模式的特性，相关研究人员基于创造良好的环境开发了能够有效替代室内空间空气的较新的通风技术，从而提高了室内空气的整体质量，提高了热舒适性。同时，在实际应用中，通风技术具有更好的节能，有效地减少能源损失。因此纳米光催化技术更适合于空气净化领域，一些研究人员开发了空气净化网，可以大幅提高光催化效率，帮助活性炭再生，源源不断地过滤空气，促进空气净化的发展。

（二）纳米光催化技术应用于净化机动车尾气

纳米光催化过滤技术与传统工业过滤法有本质区别。传统工业过滤法是过滤空气中的全部杂质，纳米光催化技术的过滤形态主要通过去除空气中含有的微粒的分级过滤来进行。主要装置是纳米纤维过滤装置。目前正在开发的许多新技术和材料，包括熔喷技术等一些具有自然特性的技术，都是用该技术制作的。这些复合过滤材料可以有效改善一定范围内的过滤性能，对空气净化有明显的效果。同时，这种材料也可以用于给中国的环境管理带来了很多帮助。机动车尾气产生的污染物有氮氧化物、固体悬浮粒子、一氧化碳、硫氧化物等，严重影响着大气环境，破坏着人们的生活环境。以纳米催化材料为基础的人工光有机合成技术是指将水、二氧化碳、小有机分子、有机单体使用太阳能或模拟太阳能作为驱动能源转换为燃料、复杂的有机物质、高分子或聚合物的过程，在化学和材料领域具有革命性。虽然现在主要用于汽车排气的净化处理，也有贵金属三相催化剂在催化转换方面发挥有效效果的方法。但是，该催化剂具有高价贵金属和某种毒性等诸多缺点。光催化技术可以比贵金属三相催化剂更有效地分解清洁汽车排气中的一系列污染物。光催化技术应用于碱性水泥的铺装，为催化材料的活性提供了可靠的保证，可根据中和反应去除汽车的排气残渣。