纳米TiO2可见光催化零VOC内墙乳胶漆

0 前 言
当前涂料正向逐步降低有毒有害物质的环境友好型方向发展,并进一步开发能消除有毒有害物质的空气净化涂料。由于室内空气污染程度比室外约高2~5倍,改善室内空气质量对提高人们健康水平就十分重要。光催化涂料是指通过一定波长光的照射而具有催化反应功能的涂料。这种涂料具有抗菌、降解有机物和净化空气的作用。

1 纳米TiO2 光催化机理
由纳米二氧化钛光催化剂配成涂料,当受紫外光照射时,这种半导体的光催化剂受激发产生电子-空穴对,如图1所示。电子和空穴使周围的氧气和水分子成为活性自由基,而活性自由基能将空气中有机或无机污染物,如氮氧化合物(NOx)、甲醛、苯、二氧化硫等,直接分解成无害的物质,从而达到消除污染、净化空气的目的。
其催化反应机理如下[1] :
光(波长≤ 388 nm 紫外光)+ 纳米锐钛型TiO2(禁带宽度3.2eV)→价带(带正电的空穴h+)+ 导带(带负电的高活性电子e-)
(e-)+ H2O(OH-)→ HO·
(h+)+O2 →·O-2
这些自由基的氧化能都在500 kJ/mol 以上。

有害物质大都含有如表1的化学键,所以自由基的氧化能足以使其降解。即:
有机化合物(有害物质、异味等)→二氧化碳(CO2)+ 水(H2O)

2 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆
室内几乎没有紫外光,只有可见光。因此,生产光催化内墙乳胶漆,首先应研制可见光催化的锐钛型TiO2。
光催化涂料能降解有害物质,同样也会降解涂料中的有机物,如黏结剂、有机颜料等。通过原料选择和配方,达到二者之间平衡。生产中要选用零VOC的原料。纳米锐钛型TiO2在涂料中应充分分散,并稳定地保持下来,以达到一定的催化活性。这种可见光催化零VOC 内墙乳胶漆,经中国疾病控制中心环境与健康相关产品安全所按GB/T18801 — 2002《空气净化器》测试,甲醛降解速度每小时在30% 以上,NO2 降解速度每小时在30%以上,氨降解速度每小时在30% 以上。另经瑞士ofi技术和革新有限公司测试,即在一个1 m3测试室中,添加相应有害物质(己二醇,甲乙酮,丁醇,甲苯,醋酸丁酯, 烯和甲醛),用普通办公室日光灯照射, 几天后, 这些有害物质浓度减少了大约80%。

据介绍[3],某一稀土掺杂的纳米锐钛型TiO2光催化剂的杀菌率,对金黄色葡萄球菌6 h 为100%,对大肠杆菌6 h 为100%。纳米TiO2 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆具有的降解有毒有害物质、消除异味和抗菌的作用不仅与光催化剂的粒径、浓度和性能有关,而且与照射光的波长分布和照度、环境的湿度等相关。这种可见光催化零VOC 内墙乳胶漆,经上海涂料和颜料质检站测试,结果如表2所示。其不仅是零VOC 产品,而且性能远远高于GB/T 9756 — 2001《合成树脂乳液内墙涂料》中优等品的要求。

3 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆的特点可见光催化零VOC 内墙乳胶漆不仅本身不含VOC,而且在可见光照射下能净化空气。其净化作用的优点表现在:
(1)把光能转化为化学能加以利用,无需另加能量;
(2)净化在常温常压下进行;
(3)能在较短时间内降解有毒有害物质。当然,其前提条件是有毒有害物质与涂层接触;
(4)锐钛型TiO2光催化剂稳定性好,无毒,不会产生二次污染;
(5)锐钛型TiO2光催化剂可持久长效作用。
因此,可见光催化内墙乳胶漆是一个无需耗能的环境友好型持续净化技术。且涂刷一次,持久有效。

4 可见光催化零VOC 内墙乳胶漆的应用
可见光催化零VOC 内墙乳胶漆可以用于医院、学校、商场、住宅等内墙和天花板的装饰,在一般照明条件下就能净化室内空气。以上地方对环境卫生要求比较高。目前,可见光催化零VOC 内墙乳胶漆已用于德国南部城市Bad Soden 的地段医院、德国SpeyerGeorg-Friedrich-Kolb 中心小学、德国南部城市Bad Soden 的私人别墅以及上海的一些别墅和住宅的涂装,取得了很好的效果。

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