光触媒是一类半导体光催化剂，它以二氧化钛为代表，在光照下能够产生强氧化还原性的粒子。这些具有强氧化还原性的粒子不仅能够将空气和水中的有害物质彻底分解掉，一些病毒细菌类微生物也会通过氧化还原而被杀灭，最终起到净化环境，抗菌自清洁的作用。光催化反应过程利用太阳光，可在常温常压下进行，最终产物为无污染的二氧化碳和水，催化剂可反复利用，催化效率高。光催化技术已经被证实是一种非常具有发展未来的技术。

光催化剂存在形式一般为粉末，这在应用时增加了其回收的不方便性，例如在水中应用后需要用沉淀等方法将其回收，操作复杂，成本高。而且粉末状的催化剂很容易团聚从而失去催化活性，将光催化剂固着在一定的基体上可以很好的解决这个问题。近年来许多研究者采用了多种材料作为载体，如玻璃纤维、陶瓷、铝片等 J。陶瓷、铝片等硬质的材料适用范围局限，而玻璃纤维柔软易加工，用它作为载体具有很多优势。

光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却能促进化学反的物质。光触媒在光的照射下。可激活材料表面吸附的氧和水分，产生具有氧化能力极强的自有氢氧基和活性氧。发生氧化反应，使空气的VOC彻底分解为二氧化碳和水。

此外，光触媒是多种催化剂合成，最大特点是强烈吸收光线中的紫外线，紫外线等射线本身是一种能量，光触媒在吸收紫外线后，分子运动变的剧烈，成为激发态，但其本身物质不变。当空气中有异味物质（甲醛、乙酸、氨等物质），经过光触媒网时，与激发态光触媒碰撞，吸收一部分能量，也变为激发态，分子运动剧烈且不稳定，发生一系列化学反应，称为光解离反应，异味物质转化为无异味物质。

光触媒应用范围广。几乎可施涂于墙壁、涂料表面，壁纸（布）表面、塑料、大理石、玻璃、瓷砖、地毯等所有物体表面，赋予被涂物强大的杀菌除臭净化自洁效果。

亲水防污功能强。水能完全润湿光触媒表面，防雾防污效果明显，可广泛用于玻璃、瓷砖建筑物外墙等表面。无毒无害。光触媒二氧化钛可作为食品添加剂使用。不同于一般消毒剂，在杀死细菌病毒的同时，也可分解掉其分泌的毒素，不存在二次污染问题。净化效率高。对装修污染物甲醛、苯、氨及其它有机污染物均有强力分解去除效果。分解率达90%以上。浓度低时也不降低净化效率。对甲醛、苯、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等影响人类身体健康的有害有机物起到净化作用。

光触媒是目前，最为理想的除甲醛材料，而且也是效果最好的除甲醛产品。

目前处理有机污染物质的方法大致上有吸收法、活性炭吸附法、冷凝法、热焚化法、触媒焚化法与生物分解法等;其中吸收法、活性炭吸附法会产生大量液态、固态废弃物，造成二次污染;冷凝法与生物处理法则有处理效率不佳的困扰；热焚化法则需采用较高温度来破坏有机污染物质，因而需要消耗大量的燃料，对于处理低浓度的有机污染物质不符合经济效益；触媒焚化法虽可于较低温度下以较短的滞留时间来处理有机污染物质，但实际应用于室内作业环境，其操作浓度仍嫌过高，且在焚化过程，触媒可能发生烧结或中毒现象，造成触媒无法永续使用；因而寻找低操作温度且高经济效益的有机污染物质处理方法，乃成为目前空气污染防治的重要课题川。本研究系将具有高比表面积的活性炭与具有高光催化活性的加以组合，期望能利用活性炭有效吸附有机污染物质，再利用附着分散于活性炭的将有机污染物质分解，形成一个高效能的光触媒体系。

实验药品与仪器

试剂:四氯化铁(分子式TiC14 ， 95% ，昭和制药) ;乙醇(95%); 氨水(28%); 活性炭;甲基橙。仪器:磁力加热搅拌器(Barnsted International);过程控制高温炉;烘箱(EYELA FD 一5N) ;桌上型pH 计;多容量型离心机(HSIANGTAI CN -6000); 超音波震荡机(BRANSONIC 32); 扫描式电子显微镜(J EOL - 5610); X 光衍射分析仪;光催化反应器;紫外一可见光光谱仪;热重分析仪(Thermal Analyst 2000)。

实验程序

1)取200 mL 的乙醇与50 mL 的去离子水棍合于烧杯中，并将其置于磁石搅拌装置内搅拌;

2) 吸取3 mL TiC14 前驱物缓慢加入醇水榕液中，于室温下搅拌48h；

3) 取NH4 0H 加入醇水+ TiC14 榕液中，调整溶液pH=7.0 ，将溶被在100.C 烘箱内烘干24 h；的将烘干的产物放置于高温炉，在300.C、500.C 、700.C 下分别般烧24 h。并将锻烧后的产物Ti02 研磨成粉末;

54入分散溶液中，搅拌静置至溶液上层呈现澄清状，将活性炭过滤并用去离子水冲洗，再于100.C 烘箱中烘干12 h，得到Ti02/活性炭;

5) 将制备好的Ti02 及TiOd活性炭测定其物理性质。[1]

结果与讨论

特性分析

1)表面结构特征分析。扫描式电子显微镜所观测到的T i02 与Ti02 /活性炭的表丽微细结构，由图可以明显地发现确实有吸附在活怜炭上，恰好如研究设计欲达到的结果;并以此所制备的活性炭进行有机污染物的吸附与光催化研究。[2]

2) 品型结构分析。利用溶胶一凝胶法所制备的在未般烧前常为非结晶晶相结构，为了获得良好的光催化活性，所以需将制备好的非结晶相的予以锻烧，使其结晶化;根据文献记载，在较低锻烧温度时所得到的Ti02 为锐铁矿晶相，而在较高锻烧温度时则会获得金红石晶相的为不同锻烧温度的Ti02 的XRD 分析，由图可明显看出温度大约在300℃ 时即1:f锐铁矿之晶相出现，随着锻烧温度的提高，在般烧温度达500℃ 时就会有锐铁矿及金红石两种晶相共存的情形，而且锻烧温度越高也会造成绕射峰强度不断的增强，结晶性也越佳。

3) 热稳定分析，以每分钟10℃ 的升温速率将温度提升至700.C ，以进行TGA 的热重分析，利用TGA 来了解所制备出的Ti02 在升温过程中之热重量之变化，结果如图4 所示，可看出Ti02 在100.C 之前为非结合水(吸附水)的去除，在100℃ ~500℃ 之间重量损失推断为结合水分的移除。[3]

TiO2／GF对水中污染物的光催化降解

传统已经有一些方法被用来消除水体中的污染物质，这些方法包括活性炭吸附和絮状沉淀等。活性炭吸附的方法虽然能够有效的去除水中的污染物，但是这些污染物只是从一个地方转移到了另

一个地方，并没有被彻底的氧化降解，很容易造成二次污染。絮状沉淀法的操作比较简单，但是去除污染物的效率比较低，不到79％ ，很难达到要求 。用光催材料处理污水效率高，能将污染物彻底的氧化分解，从而有效的避免这些问题。然而粉末状的光催化剂在水中使用时很容易团聚，使其比表面积变小，吸附性能和吸光特性大大减小，从而使其光催化效果大打折扣，而且每次处理水体污染物之后都要采用沉淀等方法回收催化剂，不仅工序繁杂，还会使催化剂粉末流失，浪费资源 。光触媒负载玻璃纤维织物的诞生有效的解决了这个

问题。玻璃纤维织物的存在为光催化剂提供了附着点，能够将催化剂粒子牢牢固定住，不仅能够高效的氧化降解污染物，而且还便于催化剂的回收。固着有光催化剂的玻璃纤维在污水治理领域已得到了广泛的研究和应用。付正祥等人用溶胶凝胶法将纳米二氧化钛固着在高硅氧玻璃纤维织物上，然后用这种织物对造纸废水进行处理。发现它对造纸废水中COD的去除率能接近100％ ，在经过20次的重复性试验后二氧化钛负载高硅氧玻璃纤维织物对COD的去除效果基本不变。

王西峰 纠等人用溶胶一凝胶的方法将掺铁二氧化钛负载在玻璃纤维织物上，研究其降解水中苯酚的性能。他们探究了苯酚溶液的起始浓度，氧气含量等条件对苯酚溶液催化降解效果的影响情况，结果表明在苯酚溶液的起始浓度为30mg/L，通入足量的氧气的情况下，经过两个小时，在该二氧化钛玻璃纤维的作用下苯酚的矿化率达到了83％ 。刘延湘 等人用溶胶一凝胶法将Fe¨掺杂二氧化钛负载在玻璃纤维织物上，探究pH值，Fe掺人量，光源条件，含量对该复合织物去除CODcr的效果。结果表明在Fe¨含量1.5％ ，pH值6—8，空气流速0.2m /h 的条件下，污水中CODcr的去除效果能达到95％。弓晓峰 等人用溶胶凝胶的方法制备了TiO，光催化剂，然后将其负载在玻璃纤维织物上，对其做了垃圾滤渗液的光催化降解性能研究，结果表明该负载的玻璃纤维织物对垃圾滤渗液的处理效果比较好，能达到60％。另外作者还用其他不同的材料作为载体测试对垃圾滤渗液的降解效果，结果表明玻璃纤维和玻璃管作为载体效果相当，都较好，但是玻璃纤维柔软更易于加工，应给予优先选择。

杨新宇刮等人用溶胶凝胶法制备了负载玻璃纤维光催化材料，对甲基橙进行光催化降解性能测试，考察了溶液酸碱性，负载次数对光催化效果的影响，结果发现在酸性条件下，负载次数为六次时，该催化体系对目标物甲基橙溶液的降解效率能接近45％ 。

此外还有林中信 等人把亚甲基蓝溶液作为催化对象，做TiO/GF光催化材料催化降解性能研究；路婧婧 等人用玻璃纤维网光催化材料做苯酚溶液降解研究；李云龙等人以亚甲基蓝溶液为催化降解对象，做Si—TiO/GF复合光催化材料性能研究；赵谦等人以苯酚溶液为目标物，研究TiO/GF催化材料在可见光下光催化性能的影响。2 TiO/GF对气体类污染物的光催化降解空气中污染物能够通过呼吸进入人体，室内装修材料释放的污染气体甲醛以及汽车尾气中的苯类、烃类等会严重威胁人体健康。甲醛作为室内主要的污染源不仅会刺激人体皮肤粘膜，而且已经被证明具有致癌的作用，室内甲醛对于人体的生命健康有潜在的巨大的危害。所以采取一定的方法治理空气中的污染物是非常必要的。传统已经有一些方法用来治理空气污染，例如催化燃烧、活性炭吸附等，这些方法会产生二次污染，不能彻底有效的解决问题。与传统的治理方法相比光催化法治理气相污染物有诸多优势，它不产生二次污染物，可在常温常压下进行，速度快，效率高。用玻璃纤维作为载体能充分发挥玻璃纤维表面积大的优势，不仅能够最大限度的利用光能，还能使光催化剂与有害气体分子充分接触，使光触媒催化剂最有效的发挥作用。全燮等人用溶胶一凝胶法制备了SiO一TiO/GF和TiO/GF复合光催化体系膜，用该催化材料对甲醛气体做降解测试。结果表明SiO 一TiO/GF催化体系降解效率可达80％ 以上，比TiO2/GF催化体系高20％以上。

顾卓良等人用浸渍涂布的方法制备了纳米二氧化钛负载玻璃纤维织物催化体系，用其对气态苯进行光催化降解的研究，探究了反应条件对光催化效果的影响。结果发现苯的进口浓度为350mg/m ，相对湿度为60％ ，氧气体积分数为20％，该催化体系对气相苯具有较好降解效果，可达到70％。重庆大学的檀科明纠以车内甲醛为目标物，系统研究了V/TiO 一SiO：复合光催化剂的光催化特性，对复合催化体系的制备条件以及影响甲醛降解的因素作了研究，证明了制备的复合催化剂体系实际应用于车内环境具有良好的效果。李娟等人制备了TiO/GF光催化剂，以甲醛为目标进行降解测试，发现在V的加入量在3％时，TiO2/GF光催化材料对甲醛气体的催化效率可达到65％ 。将光催化剂负载到玻璃纤维织物上，制成壁挂、地毯等室内及车内用品，能够使玻璃纤维和光催化剂优势互补，赋予这些纺织品净化空气的功能，具有较好的应用发展前景。的方法是将光触媒粉末采用一定的手段分散到一定的液体手段中，再用浸轧一烘干方法制备出光触媒负载玻璃纤维织物，这种方法工艺流程短，无需经过高温步骤，然而经过这种方法加工后光催化剂颗粒易在玻璃纤维表面团聚，降低催化剂催化效果。

光触媒在光照下可以产生强氧化性的粒子，这些粒子能杀灭与其接触的微生物，起到杀菌、除臭、防止霉变的作用。光催化反应阶段生成的活性粒子(双氧水H0、超氧离子0、过羟基·OOH和羟基·OH)能与一些生物大分子(脂类、核酸、蛋白质以及酶类)发生作用，破坏细菌病毒的结构，从而将微生物消灭。将光催化剂负载在玻璃纤维织物上，可以充分发挥玻璃纤维表面积大和易于编织加工成型的优点，使光催化剂能够在更多的场合发挥更高效的作用。

孙玉凤等人用溶胶一凝胶法制备了二氧化钛光催化剂，将其负载在玻璃纤维织物上制成了二氧化钛／玻璃纤维光催化材料，他们改变工艺条件制备出不同煅烧温度、煅烧时间、浸涂次数的二氧化钛／玻璃纤维织物，测试其在光照下的杀菌效果，得出最佳的制备工艺为：烧制温度450℃ ，烧制时间2h，浸渍涂负次数3次。最佳条件下制备的玻璃纤维织物能够达到70.4％ 的杀菌率。他们还发现该二氧化钛／玻璃纤维织物在经过多次使用后杀菌自清洁效果基本无变化，说明光触媒负载玻璃纤维织物在抗菌方面具备非常好的重复使用性能。王剑引等人制备了二氧化钛玻璃纤维增强水泥基复合材料，用罗丹明B作为目标降解物，研究了它的自去污性能，发现该材料具有非常好的光催化和自去污能力。

制备方法

光催化剂和玻璃纤维织物良好的的结合不仅可以保证催化剂不易脱落，而且能使催化剂分布均匀，厚度适中，最大限度发挥光催化剂作用。目前最常见的制备途径是溶胶一凝胶法，这种方法利用光催化剂前驱体制备出溶胶，再将经过预处理的玻璃纤维织物负载上光催化剂，最后经高温烘焙等工艺制成光触媒负载的玻璃纤维织物。另外，较常用的方法是将光触媒粉末采用一定的手段分散到一定的液体手段中，再用浸轧一烘干方法制备出光触媒负载玻璃纤维织物，这种方法工艺流程短，无需经过高温步骤，然而经过这种方法加工后光催化剂颗粒易在玻璃纤维表面团聚，降低催化剂催化效果。[4][5]

光触媒空气净化器，可谓是集负离子技术、叠层悬浮的滤筒、颗粒状的活性炭、高效的过滤系统、紫外灯、高科技的光触媒类技术等多项高新技术为一体的设备，它具有着有害有毒气体快速分解、高效灭菌及除异味、高效的粉尘吸附等功能优势，对于空气质量的改善有着较大的功能作用，应用价值较为突出。伴随着人们生活水平的不断提升，光触媒式空气的净化器备受关注，且人们对该设备的各项要求也逐步提高。因此，为了能够不断优化光触媒式空气的净化器，就需研发者及相关设计人员结合以往的实践经验，对光触媒式空气的净化器设计，进行系统化研究。从而能够更好地满足于现代人对于光触媒式空气的净化器各项需求，设计出灭菌、净化效果最佳的一种光触媒式空气的净化器，以带动空气净化器行业的持续性发展，引领全新的空气净化器时代。

优缺点分析

优点

光触媒式空气的净化器，它的基本优点在于在光作用之下可把TVOC、氨、二甲苯、甲苯、苯、甲醛等一些有害的污染物、有机物、细菌、臭气等，进行氧化与分解成为无害的水（H2O）与二氧化碳（CO2）。该产品自身有着较高效性的光谱性消毒功能，可对病毒与细菌出现交叉性感染予以有效性控制，以达到细菌繁殖抑制及空气净化的效果。该产品自身并不会发生一定变化情况及损耗，它只是为提供反应性场所，具有着无毒、安全、持久性等优点，并不会形成二次性污染，为我国公认的一种绿色化无污染性产品。

缺点

光触媒式空气的净化器，其虽具有着较高的优点。但是，却还有着一定的缺点，光触媒式空气的净化器需尽可能地确保室内光线为其提供最适宜的基础性光线条件，需将室内空气流动性予以增强，确保良好的通风状态。同时，光触媒空气的净化器必须在一段实践内紫外线的照射，才可达到较为明显地灭菌效果，有着一定的局限性。因此，基于光触媒式空气的净化器具有着一定的缺点，为了能够进一步提升光触媒式空气的净化器功能优势，还需相关设计人员对其开展进一步的优化设计。

设计研究

基本设计原理

光触媒，它是光与触媒这种催化剂的统称。光触媒属于一类在光照射条件下，自身并不会出现变化情况却可形成一定化学性反应的物质。淤运用二氧化钛的光触媒作为锐钛矿式结构，它能量实距为3.2藻灾，所对应的射光波长为380nm。在利用光子的能量超出3.2藻灾光照射期间，材料内部所被激发出的电子会形成电子空穴对，其光生的载流子会快速地转移至材料表面，将材料表面所吸附的一些水分与氧充分激活，进而形成具有较强氧化性的活性氧与自由的氢氧基，出现氧化性反应，让所有有机物、病毒、细菌等均彻底地分解成为无害的水（H2O）与二氧化碳（CO2）。如图1~2所示，光谱当中紫外线均可将光触媒有效激活，通过自主性设计来激发该光触媒谐振的光源，即可形成280~380nm紫外线，可最大线路地将光触媒活性激活；于紫外线灭菌功能。通常情况下，运用生物学紫外线，分别是哉灾悦、哉灾月、哉灾粤光谱的波段。哉灾悦波段的生物效应是最为突出的，它对于微生物有着较强的断键力及灭菌性能；盂臭氧灭菌过程为生物及化学的氧化反应。臭氧灭菌功能作用机制为：作用在细胞膜，增加胞膜实际通透性，让细胞内的物质逐渐外流，逐步失去了活力直至溶解死亡，达到最佳的空气净化效果。

具体设计

本款空气的净化器主要是利用光触媒光催化的作用及臭氧灭菌作用、紫外线作用等基本原理设计。如图3所示，为该基本设计原理。实验样机由空气的进出口、控制电路、谐振光源、回旋风道四个部分所构成。

多波段的谐振光源设计

在空气的净化器内部，设计多波段的谐振光源（该光源主要是由远根或4根管结构）。如图4所示，为远根管结构图，由圆支280~380n皂栽蚤韵圆的光触媒式激光管。如图5所示，为其发射的光谱性曲线图，能够让光触媒在高强度的激发性状态之中，提升光触媒实际利用效率；同时，还有员支254mm的灭菌及灭毒管、1支抽样的灭菌管所构成。

导流回旋的风道设计

如图3 所示，在该空气的净化器内部进行导流回旋的风道设计，该风道的内壁及螺旋形的叶片上面均进行了高效性蚤韵圆光触媒的涂抹，在中央位置上放置了多波段的谐振光源，所进入到该净化器内所有气体会在风道之中形成相应回宣风，将有害性气体其与光触媒接触的时间、面积大大增加，以达到最佳的空气净化效果。

功效分析

在光触媒式空气的净化器经过了优化性设计之后，其各项功优势均得以强化。主要表现于两个方面：其一，在有害性气体的去除方面。针对这一方面功能优势的优化性设计效果，可通过实验操作来判定。在室内环境中把6.0皂蕴氨溶液、5.0皂蕴甲醛均自然挥发于0.5h 之后，将优化设计后的净化器开辟，进风口处进行空气样品的采集，记录为初始的质量浓度；待2h 之后，在该出风口位置采集空气的样品，记录为2h 的质量浓度；对空气样品当中氨、甲醛等实际浓度进行细致检测，并将该空气的净化器针对与氨、甲醛实际去除率，精准地计算出来。综上所述，为了能够提升光触媒式空气的净化器各项系统功能，就需广大研究者及技术人员积极投身于实践当中，积累更多的实践经验，以不断提升自身的专业水准，设计出最能够符合于都市人员需求的一种光触媒式空气的净化器，促进我国空气的净化器相关行业持续性发展。[6][7]