淺談納米光催化技術在大氣污染治理中的應用

續釗

【摘 要】 伴隨科技的不斷發展及大氣污染問題的日趨嚴峻，近來年納米光催化技術在大氣污染治理中得到廣泛推廣。本文將對納米光催化技術在大氣污染治理中的應用展開進一步研究。

【關鍵詞】 納米光催化技術；大氣污染；治理；凈化

[Abstract] With the continuous development of science and technology and the increasingly serious problem of air pollution. This paper will further study the application of nano-photocatalysis technology in air pollution control.

[Keywords] nano-photocatalysis technology； air pollution； treatment； purification

對于納米光催化技術在大氣污染治理中的應用，首先應當研制出相應規模且具備可靠催化性能的納米催化劑，對氮氧化物、碳氫化物、揮發性有機物等大氣污染成本進行講解。其次應當研發多種不同技術公用，并結合對應空間環境中的空氣凈化裝置，在新技術發展完善后，進而實現對大氣污染問題的有效治理。

1 大氣污染治理現狀

針對近年來日趨嚴峻的大氣污染，我國相繼出臺了一系列法律法規，強調了要加強對各種污染物排量的有效控制，構建健全不同污染源頭的管理制度，推進對相關區域中大氣污染的防治，從根本上改善大氣污染問題。目前，在國際層面依舊采用催化還原、低溫冷凝、高溫催化燃燒等方式，以對工業生產中形成的氮氧化物、揮發性有機物等進行控制，由此表明，此類技術對污染源頭控制發揮著至關重要的作用[1]。

2 納米光催化技術概述

2.1 納米光催化原理

20世紀70年代，日本研究人員Fujishima等首次發現在近紫外光照射下，單晶金紅石型的TiO2電極能可使水于正常情況下發生持續氧化還原反應，由此開啟了光催化技術研究的篇章。隨后，又有研究人員將TiO2作為光催化劑用以脫除多氯聯苯中的氯，由此標志了光催化技術在生態環保領域的推廣。在照射光波長小于相應數值條件下，TiO2可吸收能量大于其能隙寬度的短波光輻射，使價帶電子形成躍遷，進一步于導帶、價帶上產生高活性的電子對，可與附著于TiO2表層O2和H2O產生光化學反應，產生具備強氧化性的超氧陰離子自由基、羥基自由基等，可實現對一系列有機污染物的充分氧化，進而降解為水、二氧化碳、無機酸等產物[2]。于此期間，TiO2所扮演的是催化劑角色，不僅自身不會消耗，且不會造成環境污染。而納米TiO2憑借其量子尺寸效應，相較于前者具備更高的能隙寬度和表面積，且擁有更強的氧化還原能力，由此使得材料的光催化活性得到進一步增強。近年來，納米光催化技術已然轉變成國際領域一項熱點的研究課題，在大氣凈化、貴金屬回收、污水處理等領域均得到廣泛推廣。

2.2 納米光催化新材料

憑借納米材料表層特殊效應及量子尺寸效應實際作用，使得催化劑可實現對污染物的有效吸附及生載流子分離。即便TiO2具備諸多優點，TiO2強氧化催化技術，也是新型環境凈化技術的前提。然而TiO2也存在諸多不足，例如對實際操作范圍較為有限。由于只可受限不超過388mm的紫外光激發，因而無法實現對光的自由利用，容易重新復合的光生載流子會對光催化效率造成極為不利的影響[3]。光催化劑受到光譜響應范圍小及量子效率不足很大程度影響，針對該種情況，國內外研究人員開展大量深入的研究。對光催化劑表層性能、自身能帶結構、孔身結構等的調控，進而提高光催化劑對電子對的最大分離率，為催化劑高性能及可靠的凈化氮氧性提供有力保障。

3 納米光催化技術在大氣污染治理中的應用

3.1 納米光催化技術應用于凈化空氣

納米光催化材料可實現對空氣中諸如含硫化合物、氮氧化物等常見污染物的有效催化降解，所以納米光催化技術在空氣凈化領域具備良好的應用前景。半導體光催化效應是由東京大學Akira Fujishima首次發現的，以其為代表的研究小組在半導體光催化的理論研究與實踐應用領域均做出了極大的貢獻。近年來，我國針對以半導體光催化技術為前提的空氣凈化研究也收獲了長足的發展。有研究人員研發出活性炭-納米TiO2復合光催化空氣凈化網，在特定前提下，可實現對空氣中一系列污染物的有效凈化，諸如，針對一氧化碳凈化率可達到60.1%，針對氨氣凈化率可達到96.5%，針對硫化氫凈化率可達到99.6%等[4]。經對比實驗得出，這一空氣凈化網可顯著提高光催化效率，同時可利用光催化效應實現活性炭的原位再生。還有研究人員研發的碳黑改性納米TiO2光催化膜，這一催化膜可很大程度上TiO2光催化劑的催化活性，并且具備良好的穩定性。

3.2 納米光催化技術應用于凈化機動車尾氣

機動車尾氣排放是現如今全球各大城市空氣污染物的主要來源之一，這些污染物包括有氮氧化物、固體懸浮微粒、一氧化碳、硫氧化合物等，均會對空氣環境造成極為不利的影響。現階段，針對機動車尾氣的凈化處理，主要利用的是貴金屬三相催化劑，這一處理手段可實現高效的催化轉化，然而同時也存在貴金屬成本偏高、催化劑有毒性等不足。光催化技術可實現對機動車尾氣中一系列污染物的有效降解，是一項具備良好發展前景的機動車尾氣凈化技術。有研究人員研究得出，TiO2催化可實現對機動車尾氣中氮氧化物的有效凈化。還有研究人員指出，通過將TiO2催化材料添加進半柔性堿性水泥路面中，可有效減少機動車尾氣中各式各樣的污染物，基于中和反應，路面的堿性水泥可實現對附著于催化材料表層無機酸催化產物的有效去除，進而為催化材料的活性提供可靠保障。

3.3 納米光催化技術應用于降低溫室效應

溫室效應是新世紀以來人們面臨的一項重要環境問題。引發溫室效應的關鍵人為污染物為CO2，所以改善大氣中CO2的排放是降低溫室效應的重要一環。與此同時，以CO2為原料生產有價值化學用品是近年來綠色化學領域得到廣泛關注的一項課題，大氣中的CO2還原利用可收獲理想的綜合效益。半導體光催化技術即為一種具備良好發展前景的CO2還原技術。然而，現階段光催化還原CO2技術在工程應用層面，因為效率偏低而難以得到廣泛推廣。近年來，超臨界流體光催化技術憑借其可顯著提高CO2催化還原反應效率的優勢，表現出了一定的發展潛力。而納米TiO2催化則是該項技術必不可少的一部分。相關研究人員借助濕化學浸漬技術提取出一種負載于石墨烯的納米TiO2材料，這一材料可顯著提高將CO2轉化成CH4的效率[5]。還有研究人員深入研究了納米TiO2將CO2轉化成CH4該催化技術的基本原理、發展前景等，指出相較于納米TiO2，添加進Cu等金屬的納米TiO2具備更可靠的轉化效率及良好的市場應用潛力[6]。

4 結束語

總而言之，納米光催化技術在大氣污染治理中的應用，可有效凈化空氣、凈化機動車尾氣、降低溫室效應等，符合社會可持續發展要求。因而，大氣污染治理相關人員必須加大研究力度，加強對納米光催化技術的深入分析，切實推進納米光催化技術的科學應用，積極促進大氣污染治理工作有序開展。

參考文獻：

[1] 曹軍驥，黃宇.納米光催化技術在大氣污染治理中的應 用[J].科技導報，2016，34（17）：64-71.

[2] 郭詠梅，洪曉燕，張強，等.納米光催化生態道路降解汽 車尾氣研究進展[J].湖南交通科技，2016，42（02）：67-71.

[3] 周丹.納米光催化技術在大氣污染治理中的應用研究[J].環 境與發展，2018，13（04）：162-163.

[4] 呂鯤，張慶竹.納米二氧化鈦光催化技術與大氣污染治理 [J].中國環境科學，2018，38（03）：852-861.