随着人民群众物质生活水平的提高, 室内装潢装饰、多种日用化学品、大量电器产品和空调的使用, 导致居室的密闭程度增加和室内产生大量的物理、化学、生物以及放射性污染因素, 从而造成室内空气质量严重下降。污染因素包括有刺激作用的有害气体 (甲醛、氨) , 致癌作用的物质 (苯、氡) , 致敏作用的挥发性有机物和微生物等, 人体长期暴露于这些污染因素下会产生不良影响, 甚至发生各种疾病[1]。室内空气污染与健康已经成为世界各国政府和公众关注的重要环境问题, 因此对室内空气净化技术的研究成为当前一项重要而紧迫的任务。
1 室内空气主要污染物
影响室内空气质量的污染因素一般分为三类:化学污染因素、物理污染因素和生物污染因素[2~3]。
1.1 化学污染因素
室内空气中各种化学物质最为繁多。按照其来源特点, 可以将室内化学污染因素分为以下见表1。
1.2 物理污染因素
目前人们关注的放射性物质一般列为物理污染因素, 称为电离辐射污染或放射性污染, 包括建筑物基地本身渗透的氡及其子体以及建筑材料中的放射性物质。除噪音和振动外, 各种家用电器给室内环境带来的电磁辐射, 称为非电离辐射污染。此外由于中央空调的使用, 使外环境的颗粒物和回风中的颗粒物在室内形成高浓度聚集, 同时大量的微生物随空调系统的启动突然释放而造成微生物污染。
1.3 生物污染因素
由于室内温度和湿度较高以及密闭性好、空调使用、通风不良等因素。易于在室内环境中滋生尘螨等微小生物及其排泄物。军团菌、放射菌等细菌, 曲霉菌、葡萄状穗霉菌等真菌, 某些具有生物活性的细小颗粒, 如动物皮屑、粪便颗粒等生物变态反应原, 造成室内生物因素污染, 引起人体的过敏反应。
2 室内空气净化方法
为了改善和提高室内空气质量, 创造健康、舒适的室内环境, 目前已经发展了多种空气净化技术, 主要用于实际的包括:吸附过滤净化技术、低温等离子体技术、臭氧净化技术和光催化技术。
2.1 吸附过滤技术
吸附过滤净化技术属于物理方法。针对室内空气颗粒物, 主要采用机械过滤、HEAP超微过滤、静电除尘以及离子除尘等技术。这几种方法都有一个共同的缺点是净化有害气体性能差。此外机械过滤对超微颗粒净化效果差;HEAP法成本比较高;静电除尘和离子除尘需要结合粗过滤装置。目前采用较多的活性炭吸附过滤方法的主要缺点是细菌等生物污染容易在活性炭中继续繁殖, 成为生物污染的滋生地, 反而降低空气品质。
2.2 低温等离子体技术
低温等离子体技术是集物理学和化学于一体的全新技术。由于等离子体体系中含有大量活性基团并具有较高能量, 足以使大多数气态有机物中的化学键发生断裂, 生成一些单原子或分子, 转化为无害物, 达到降解的效果。低温等离子体技术的主要缺点是产生一定浓度的臭氧, 可能对人体健康产生影响。
2.3 臭氧技术
利用臭氧的强氧化性, 可以和许多有机物发生氧化还原反应达到净化空气的目的。其主要缺点是对无机有害气体净化效果不好;即使是挥发性有机物, 也达不到深度氧化的目的, 常产生一些有害副产物, 其本身也是一种对人体健康有明显影响的物质, 所以此方法并不是一个很好的净化化学污染物的技术。
2.4 光催化技术
由催化氧化技术发展而来。光源一般采用黑光灯、高压汞灯、荧光灯, 甚至是太阳光。催化剂是一类在一定波长光线照射下具有很高光活性的半导体光催化剂 (纳米Ti O2) 。光催化技术是一种低温深度氧化技术, 可以在室温下将空气中有机污染物完全氧化为二氧化碳和水, 同时, 还具有安全、防腐、除臭、杀菌等功能, 是一种具有广阔前景的室内空气净化新技术。
3 纳米光催化技术原理与应用
Ti O2的化学稳定性高, 耐光腐蚀, 并且具有较深的价带能级, 可使一些吸热的化学反应在被光辐射的Ti O2表面得到实现和加速, 加之Ti O2对人体无毒, 因此, 在室内空气净化领域中对Ti O2光催化的研究备受关注。
3.1 Ti O2光催化降解空气污染物作用原理
Ti O2是一种N型半导体材料, 其能带结构是不连续的, 通常情况下是由一个充满电子的低能级价带 (VB) 和一个空的高能级导带 (CB) 构成, 它们之间被禁带隔开。Ti O2的禁带宽度为3.2e V, 当入射光的能量大于或等于3.2e V的禁带宽度 (波长小于或等于387.5nm) 时, 其价带上的电子被激发, 越过禁带进入导带产生高能电子 (e) 和空位 (h+) , 电子空位对扩散到Ti O2表面上, 并能穿过界面与吸附在Ti O2表面上的物质发生氧化还原反应。空位具有极强的氧化能力, 能够与水反应生成羟基自由基。电子具有还原性, 与O2反应生成氧自由基。基本反应式见图1;作用机理见图2。
3.2 纳米光催化技术在建筑材料中的应用
目前随着科技的发展, 人们对生活质量的要求不断提高, 纳米Ti O2已经应用于室内装饰的抗菌防霉材料、防污自洁材料和自动无毒化材料, 以达到光催化降解室内空气中的有机污染物、无机污染物、异味和微生物。
3.2.1 抗菌防霉材料
纳米Ti O2具有很强的氧化还原能力, 具有净化空气、除臭等功能, 可制成抗菌防霉内墙涂料, 用氯化法合成纳米Ti O2技术基础上, 根据杀菌功能高效性的需要, 进行表面掺杂和处理, 制成特有的抗菌纳米Ti O2, 将其充分混匀于水性乳胶漆中研制成无污染、具有抗菌防霉的室内环保型功能材料。
3.2.2 防污自洁材料
镀有纳米Ti O2薄膜的表面具有高度的白清洁效应, 一旦这些表面被油污等污染, 因其表面具有超亲水性, 污物不易在其表面附着。阳光中的紫外线足以维持纳米Ti O2薄膜表面的亲水特性, 从而使其表面具有长期的防污自清洁效应。由于纳米Ti O2具有光催化作用和超亲水特性, 将其应用于玻璃、陶瓷等建筑材料时, 具有净化空气、杀菌除臭、防污等环保功能, 而且还可大量节省建筑物的清洗和保洁费用。
3.2.3 自动无毒化材料
将纳米Ti O2光催化剂添加到易产生有害气体的材料中, 使有害气体在进入大气前就被纳米Ti O2降解, 从而使材料自动无毒化。例如:为防止垃圾焚烧中二恶英的产生, 可在塑料制品中使用纳米Ti O2, 当塑料制品作垃圾焚烧时, 纳米Ti O2结晶析出, 可吸附焚烧过程中产生的大量有害物质, 并通过纳米Ti O2的光催化反应将其降解。
4 结论与展望
通过了解影响室内空气质量的污染因素, 全面分析目前主要的室内空气净化技术在实际应用中的优缺点, 列举出其具体的应用, 从而得到以下几点结论。
(1) 室内空气质量受到化学污染因素、物理污染因素和生物污染因素的影响, 室内空气污染与健康已经成为世界各国政府和公众关注的重要环境问题。 (2) 对主要的室内空气净化技术优缺点的分析, 吸附过滤净化技术、低温等离子体技术和臭氧净化技术用于实际都存在缺点, 光催化技术具有不可比拟的优点, 是一种具有广阔前景的室内空气净化新技术。 (3) 光催化技术已经逐步实际应用, 但在室内空气净化中光催化技术很难真正的达到实际应用的水平, 还需要不断的改进与完善。
可以预见, 光催化技术已经成为室内空气污染净化技术发展趋势, 随着人们对室内空气质量越来越关注和重视, 科研工作者对纳米光催化技术的不断开展和完善, 必将使各种限制该技术在室内空气净化领域推广应用的不利因素得到改善, 纳米光催化技术将会对人类的室内空气净化事业做出巨大的贡献。
摘要：通过对影响室内空气质量的化学、物理和生物污染因素的了解, 全面分析了目前主要的室内空气净化技术 (吸附过滤技术、低温等离子体技术、臭氧技术和光催化技术) 在实际应用中的优缺点, 重点评述了光催化技术的原理和利用光催化技术在室内空气净化中取得的最新科研成果 (如抗菌防霉内墙材料、防污自洁材料、自动无毒化材料) , 说明光催化技术是一种有待不断发展和完善, 具有广阔前景的新技术, 并且已经成为室内空气污染净化技术发展趋势。
关键词：室内空气,净化技术,光催化,建筑材料
参考文献
[1] 景盛翱, 戴海夏, 钱华.光催化技术及其在室内空气净化方面研究现状[J].上海环境科学, 2010.
[2] 尹明静.浅谈室内污染的危害与治理[J].资源与人居环境, 2007.
[3] 袭著革.环境卫生纳米应用技术[M].北京:化学工业出版社, 2004, 3.