淺議光催化建筑功能復合材料

王浩

摘 要：光催化建筑功能材料是以建筑材料為基體相，以光催化劑為功能相，在光照射作用下能夠將有機污染物分解成無污染的小分子的一類生態建筑材料，其在室內空氣凈化以及汽車尾氣處理方面具有廣泛的應用前景。本文著重闡述了如何選擇光催化劑，從而提高光催化效率，擴大可吸收光范圍以及降低光催化劑的成本。

關鍵詞：光催化劑；建筑；效率

1 引言

目前，建筑材料中應用最廣泛的光催化劑仍然是TiO2，且納米級TiO2由于比表面積大，因而光照效應更強。然而，TiO2僅在紫外光下具有較好的光催化效果，在可見光下其光催化活性較低，且TiO2的成本比較高，在一定程度上制約了光催化建筑功能材料的發展。下面將從離子摻雜改性、氧化物復配改性、低成本化等方面描述光催化劑的選擇。

2 光催化劑的類型

2.1 離子摻雜改性

2004年，東南大學傅大放等[1]提出一種用于處理機動車輛排放尾氣的機動車尾氣降解瀝青，具體涉及將經過Fe3+摻雜改性的金紅石型和銳鈦礦型納米TiO2摻入瀝青中。

結果表明，與單一TiO2相比，經過Fe3+摻雜改性的TiO2提高了光量子效率和擴大了可吸收光范圍。同時，使用銳鈦礦型和金紅石型TiO2復合，其與單一晶型TiO2相比，表現出更高的光催化活性。

金屬離子摻雜改性的成本較高，浙江工業大學葉青等[2-3]于2008年提出利用N摻雜改性P25納米TiO2制備聚合物水泥砂漿。

結果表明，利用N摻雜改性同樣提高了光量子效率和擴大可吸收光范圍，并且納米TiO2比市售P25粉體的光催化效率提高40%。

江蘇高淳陶瓷實業有限公司孔德雙等[4]將稀土元素Na/Gd/Sm和N共摻雜改性的納米TiO2光催化劑經過Fe離子轟擊注入法進行二次改性，并成功獲得了具有微米-納米分級多孔結構的TiO2，使得水泥產品在可見光下對有機污染物有一定程度的降解。

2.2 金屬氧化物復配改性

2004年，Ito Y等[5]提出利用涂布有TiO2的氧化鐵顆粒用于光催化分解與所述顆粒接觸的有機化合物，結果表明，催化劑在紫外光和可見光照射下更穩定，壽命更長。

2012年，長安大學李毅等[6]制備出一種全天候汽車尾氣降解路面涂層材料，使用的光催化活性物質為納米CeO2和納米TiO2，同時利用La2O3作為結構助劑穩定CeO2的晶相，從而形成一種La2O3-CeO2固相復合物。通過將納米二氧化鈰和納米二氧化鈦加入到涂層材料中，對納米二氧化鈦光催化劑的催化效果進行改善。

2.3 低成本化

Karandikar M V 等利用含有TiO2的材料與生產熟料的原材料高溫反應生成鈦酸鈣并制備了一種光催化熟料，其中，含有TiO2的材料為有色淤泥、廢顏料、燃燒灰或者是已經消耗了的TiO2光催化劑，并取得了不錯的光催化效果。

2014年，三峽大學劉立明等[7]發明了一種具有光催化活性的半水石膏，以殘留有TiO2和Fe2O3的鈦白石膏并輔以鐵礦石作為光催化劑，成功制備了發泡石膏制品。結果表明，鈦白石膏中殘留的TiO2和Fe2O3具有光催化氧化能力，鐵礦石進一步增強了其光催化活性。

3 結論

對于光催化劑，通過金屬摻雜、非金屬摻雜和共摻雜改性TiO2均提高了光催化效率，擴大了可吸收光范圍，且與金屬摻雜相比，非金屬摻雜如N的成本更低；與單一晶型的TiO2相比，利用銳鈦礦型和金紅石型復合的TiO2表現出了更高的光催化活性；與單一TiO2相比，利用金屬氧化物復合制備的光催化劑在可見光下具有更優的光催化活性；從含有TiO2的廢棄物中提取TiO2或者直接利用含有TiO2的廢棄物具有不錯的光催化活性，利用含有TiO2和Fe2O3的鈦白石膏和鐵礦石復配進一步增強了光催化活性。

參考文獻：

[1]傅大放，趙聯芳.具有降解汽車尾氣功能的瀝青及其制備工藝[P].中國專利：03131764，2003-07-28.

[2]葉青，楊楊，李國華，等.一種光催化降解氮氧化物NOx用的聚合物水泥砂漿[P].中國專利：200810163778，2008-12-31.

[3]葉青，莫榮輝，余亞超，等.摻氮改性納米TiO2光催化材料的聚合物水泥砂漿的應用研究[J].新型建筑材料，2009， 36（4）：15-17.

[4]孔德雙，劉志斌，谷昌軍，等.高強度光催化水泥基復合漿料及其產品的制備方法[P].中國專利：201410079241， 2014-03-05.

[5] ITO Y， NAGAE K， NAGAE Y. Photocatalyst coated pigment， for coating material， has photocatalyst particles coated on surface of pigment particles[P].日本專利： 2002000278181，2002-09-24.

[6]李毅，陶建強，張晨旭，等.一種全天候汽車尾氣降解路面涂層材料及制備方法[P].中國專利：201210551570， 20121218.

[7]劉立明，黃應平，黃緒泉，等.一種具有光催化活性的半水石膏及應用[P].中國專利：201410150066，2014-04-15.