室内空气污染物的释放及治理
摘 要
室内空气空气污染物愈发引起人们的重视，现今，对空气污染物的治理也越来越有效。挥发性有机物（VOC ）在室内空气污染物中扮演重要角色。对人体健康危害较大。对于室内空气污染物的治理主要有源头控制，控制稀释以及空气净化。二氧化钛作为一种有效的光催化剂，在处理室内空气污染物上具有独特的优势，已经受到广泛关注。国内外研究者对其进行了深入的研究，取得了一系列成果，实际运用中效果亦非常好。为使光催化剂更加有效的对室内空气污染物进行处理，研究人员从降解率高、重复利用性强、二次污染小、能够大规模使用等方面着手，探讨更加可行的方案。
1. 前 言
从1990年代开始，我国的新建筑大量涌现。建筑装修装饰和家具造成的室内空气污染危害人们身体健康和生活质量，随着社会进步和生活水平的提高，当今室内空气质量状况越来越受到人们的重视。由于室内装修、暖通空调及大量家用化工产品的使用，室内空气污染愈发严重。室内空气污染不仅破坏了人们的工作环境和生活环境，而且直接威胁着人们的身体健康。室内装饰装修所采用的材料包括人造板及制品、壁纸、内墙涂料、地毯等，在装修、使用过程巾都会缓慢的释放出大量的挥发性有机化合物和甲醛，这已经成为室内空气环境污染的主要来源之一。在室内环境的污染源中，甲酸一直是以往国内研究的重点，而对的研究较少。正常人常年有 80%~90%以上的时间在室内度过[1,2]，长期处在恶劣的室内环境中，所遭受的潜在危害是非常巨大的。随着人们健康意识和自我保护意识的增强，对生活质量和室内环境的要求越来越高，逐渐认识到提高室内空气的品质是健康生活和工作的保障。
2. 室内VOC 危害
根据美国联邦环保署（EPA ）对挥发性有机化合物的定义，是指除CO ，CO 2,
H 2CO 3，金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵以外, 任何参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织（WHO ）将挥发性有机化合物定义为室温下饱和蒸汽133.322Pa ，沸点在50℃-260℃之间的易挥发性有机挥发物质。由于VOC 种类很多, 单个组分的浓度较低, 检测费昂贵, 因此, 常用量化指标——总有机挥发物浓度（TVOC ）表示。
由于家装市场的不断发展，室内环境的重要污染物VOC 对人体健康的影响逐渐显现。由于VOC 的成分复杂, 其所表现出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊气味能导致人体呈现种种不适反应, 并对人体健康造成较大的影响。VOC 还可以与NOx ，CnHm 在阳光作用下发生光化学反应, 吸收地表红外辐射引起温室效应破坏臭氧层形成臭氧空洞, 引起人体致癌和动植物中毒。装修过程中使用含有大量VOC 的装修材料，将严重恶化室内空气质量。VOC 有嗅味, 表现出毒性、刺激性, 很容易通过人的呼吸作用, 经肺、血液进入神经中枢, 进而对中枢神经产生很强的麻醉作用, 此时人体就会表现出精神恍惚、困倦、磕睡若吸入的量过多, 则会出现头晕耳鸣、面色苍白、恶心呕吐, 甚至肌肉痉挛等全身症状。
3. 室内VOC 的来源
VOC 在室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾, 建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。在室内装饰过程中, 主要来自人造板、油漆、涂料和胶黏剂。现在室内装饰和家具制造所使用的人造板, 制造中采用的胶勃剂主要为脉醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等, 他们在使用过程中老化、分解会不断释放出游离甲醛。热熔胶、乳白胶、脉醛胶和乳白胶的混合液以及氯丁橡胶类的万能胶等, 他们在使用和分解过程中也有的释放。
4. 室内VOC 污染的主要控制手段
控制室内 VOC 污染主要有三种途径，即源头控制、通风稀释以及空气净化。 源头控制即通过限制 VOC 在室内相关产品中的含量，从而降低 VOC 在室内的释放强度。
源头控制主要依靠法律法规严格控制室内装修材料上有害物质含量。并对室内VOC 排放量较大的用具从质量上进行控制。
通风稀释即通过室内外空气交换，降低室内目标污染物的浓度。通风稀释的
方式包括自然通风和机械通风。常用的开窗换气即为一种简单的自然通风方式。然而，在现代城市建筑中，使用自然通风有以下几方面的不足：（1）采暖季、供冷季引入室外新风需承担大量的能耗代价；（2）在城市中工厂、汽车尾气排放较严重的地区，如果直接将室外空气引入室内，虽然稀释了室内的 VOC 污染，但同时将大量的可吸入颗粒物、NOx 、SOx 等室外空气污染物送入室内，造成新的危害。采用机械通风可通过热回收、过滤等方式弥补自然通风的上述缺点，但又存在排污的有效性问题以及送达人员活动区的可及性问题等。
空气净化即通过吸收、吸附、反应等方式将空气中的气态污染物转化为束缚态或降解成无害的物质。作为对前两种控制途径的有效补充，空气净化是一种缓解现代建筑室内空气污染问题不可或缺的控制手段。目前常见的室内空气净化产品按其使用方式可分为两类：被动式和主动式。常见的被动式净化产品主要有颗粒型吸附剂、吸附纸、净化喷涂产品、绿色植物等。被动式净化一般有效作用范围较小，适用于针对污染源的空气净化，如将吸附材料放置于新家具的柜子、抽屉中，可降低家具中所含 VOC 向室内空气的释放强度。主动式净化产品主要有便携式空气净化器、具有净化功能的空调器、用于空调风道的空气净化模块等。常见的主动式净化产品中的空气净化技术主要有：过滤、吸附、紫外消毒、光催化、热催化、吸收、臭氧、负离子、等离子体等，对颗粒物，VOC 以及生物污染均有一定的效用。在去除室内 VOC 的净化技术中，吸附技术的使用最为广泛，具有价格便宜、简单易用、无副产物等优点。在催化氧化类净化技术中，光催化、等离子体催化都因易产生有害副产物而受到安全性方面的顾虑。
热催化作为一种催化氧化技术常用于处理高温的工业废气和汽车尾气。而近几年的研究发现，通过对材料的掺杂改性，可使热催化材料具有在室温下有效降解甲醛而无需输入额外能量的特点，且未发现有害副产物。热催化材料一般以金属氧化物（如 TiO 2, MnOx-SnO2, MnOx-CeO2, Co3O 4-CeO 2等）为基材，并添加约 1.0%的贵金属（如 Au 、Ag 、Pt 等）作为主要活性成分。主动式净化中吸附、催化材料的应用常采用固定填充式和部分填充式以维持较长的有效作用时间，而催化材料则较常采用涂覆式以使活性成分充分暴露于空气中。
5. 二氧化钛处理室内空气污染物
5.1二氧化钛简介
二氧化钛光催化氧化起源于二十世纪七十年代。1972年日本的Fujsihima 和Hond 在Nature 杂志上报道了光电池中光辐射二氧化钛持续发生水的氧化还原反应，产生氢气[4]。试验表明通过半导体电极可以把光能转化为化学能。此后国内外许多研究者竞相开展此方面的研究，并且开始把半导体光催化氧化应用于环境污染控制上来。光催化氧化首先应用于废水中有机物的降解，取得了突破性的进展，后来逐渐应用到气相污染物的处理上。1985年，Fomrenti 等曾系统地研究了锐钛矿型Ti 对气相烃类的光催化氧化[5]，近些年来光催化处理气相有机污染物逐渐受到重视。实验研究表明，与水相光催化氧化一样，大多数的有机物在气相条件下也能被光催化氧化为无机物，而且光利用效率更高，反应速率更快。如今光催化治理气相有机污染物的研究在空气净化领域十分活跃，目前主要应用于大气中恶臭和有毒物质的分解，挥发性有机污染物的氧化[6]、温室气体的固定、SOx[7]和NOx[8]的催化脱除等方面，特别是用于环境中低浓度挥发性有机气体的处理。
TiO2光催化氧化是一种新的环境净化技术，它适用范围广、氧化能力强，能够使许多在通常条件下难以实现的反应能够在温和条件下顺利进行，可将有机物彻底矿化为无机小分子如CO2、H 2O 和矿物酸等，不产生二次污染，同时还具有操作过程容易控制、方法简单、节能低耗等优点，开辟了TiO2光催化氧化在环境领域中的新天地。
TiO2粒子的能带结构由填满电子的低能价带和空的高能导带构成，价带与导带之间存在禁带。 当用能量大于禁带宽度的光，尤其是在紫外线的照射下，电子从价带激发到导带上，在价带上留下空穴，形成电子-空穴对。 由于库仑引力作用，它们处于束缚态。 但如有电场或“化学场”存在，则电子和空穴发生分离并迁移到粒子表面不同位置。在 TiO2粒子表面上，电子有还原作用，而空穴产生氧化作用，可夺取被吸附在颗粒表面的 OH-和 H2O 的电子，它能使大多数有机污染物、细菌及部分无机污染物最终氧化分解为无机物等无毒物质。 如果在建筑内墙涂料、地面覆盖材料、墙面装饰材料、家具面漆等材料中添入纳米二氧化钛，既可杀菌防霉，又可降解有机污染物。 因此，在光催化反应过程中，抑制电子-空穴的复合是关键步骤，对提高光催化活性至关重要。
5.2 二氧化钛国内外研究现状
欧洲、北美和日本等国家和地区从 80 年代开始广泛开展室内环境质量的研究工作。研究内容涉及室内空气质量的检验、评价和标准；室内空气污染物与人群健康关系；新型“绿色环保生态”建筑材料，以及控制和治理污染的新技术与新设备等。
国内外环境科学工作者对半导体光催化诸多方面的问题开展了深入的研究，研究的主要内容有:半导体光催化材料的筛选、制备及微观结构的表征，半导体光催化活性产生的机制及所产生的活性物种，半导体光催化剂尺寸量子化以及固定化技术，半导体光催化矿化各种有机物的机理，光催化及光电转化的理论研究，水中和气相中各种污染物光催化降解动力学，各种形式的半导体光催化反应器等。
研究中目前所采用的光催化剂多为 n 型半导体材料，如TiO 2，ZnO,CdS,WO 3,SnO 2, α-Fe 2O 3等。其中 CdS 虽然对可见光敏感，但它在催化反应的同时，晶格硫以硫化物形式进入反应体系，造成二次污染；WO 3和 SnO 2的催化性能比较低；α-Fe 2O 3在可见光区具有很强的光吸收能力， 但催化活性较低。综合考虑， 用于室内污染物降解前景较好的为 TiO 2和ZnO ，其中以 TiO 2的应用最为广泛。
Schmidt 等[9]采用化学离子质谱法研究了廉价易得的Degussa P25 TiO2对挥发性有机化合物的光催化降解性能，发现 Degussa P25 TiO2在室温下对丙酮具有很好的光催化降解性能。优化 TiO2光催化性能研究主要集中在：① 用不同的合成方法制备纳米颗粒；② 对 TiO2进行掺杂改性，如贵金属掺杂、非金属掺杂、过渡金属掺杂、半导体复合等。
大量研究表明，掺入金属离子可改善TiO2的光催化性能。从化学观点看，金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度，从而影响电子-空穴对的复合。如成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命，或成为电子-空穴的复合中心而加快了复合。丁士文等[10]采用水热法制备的Fe-纳米 TiO2介孔材料经日光照射 60 min 后对藏蓝染料的降解率达到了 100%。
在纳米 TiO2光催化性能研究中发现，纳米 ZnO 作为功能材料具有优异的性能。 在环境保护和治理方面同样显出广阔的应用前景。 在紫外光的照射下，纳米 ZnO 有催化剂和光催化剂的作用，能分解有机物质，可以抗菌、除臭和消毒，保护和净化环境。Deng 以硫化的聚苯乙烯核-壳胶体球为模板采用一种新颖
温和的方法制备了 ZnO 空心球，制备过程中模板球直接被介质溶解掉了，既不需要高温也不需要太长的时间。这种方法制备的 ZnO 空心球具有很高的光催化活性。制得的纳米 ZnO 粉体可用来替代 TiO2成为新型光催化剂，用于降解室内污染物、净化环境，具有良好的应用前景。在实际应用中，光催化材料遇到了两大技术问题：① 必须有波长小于 400nm 的紫外光的存在； ② 光催化效率仍较低、性能不稳定。
5.3二氧化钛在室内污染物处理上的思考及展望
光催化剂，主要是二氧化钛，对室内空气污染物的治理拥有广阔的发展前景。TiO2开始在水处理方面使用，后来转动空气污染中，发现效果很好。可以看出，研究问题，切不可一成不变，需多做思考。世界是相通的，不能将思想禁锢在一个方面。二氧化钛拥有其他方法无可比拟的优点，可以使室内污染物的治理效果更加明显。通过多种方式，如掺杂金属、非金属的方式使催化效果更好。今后如果能在循环使用等方面获得突破，这一技术完全大有用武之地。
TiO2光催化剂用于室内污染物的催化降解已经取得了一定的成效，但是仍存在许多问题。就目前的研究来看，光催化剂的发展方向应满足：降解率高、重复利用性强、二次污染小、能够大规模使用等。因此以下问题有待进一步加强研究：
（1）研究新型的高效催化剂。通过各种不同的方法对光催化剂进行改性，以提高其光催化活性。
（2）探索并研究光催化剂的固定技术。重点是催化剂与载体的结合方法，包括纳米颗粒在载体上的直接负载方法和光催化剂成膜负载方法。
（3）光催化剂和其他技术联用。目前来看，技术联用也是一个很好的治理污染物的方法，如可以将光催化技术和活性炭吸附技术联用来提高对污染物的降解效率。
随着二氧化钛逐渐应用于室内空气污染物的治理中，其优越性便会更加明显的呈现出来，促使研究者更加深入的研究其改进的方法。可以期待，光催化剂技术肯定会越来越成熟。
6. 结论
室内空气污染收到人们的广泛关注，室内VOC 污染则是一个重要的原因。室内VOC 源于燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾, 建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等，对浓度较高会对人体健康造成影响。可以通过源头控制、通风稀释以及空气净化等对室内VOC 进行控制。二氧化钛的光催化是一个重要的研究方向，适用范围广、氧化能力强，反应条件温和，在室内空气污染的治理上具有广阔的发展前景。
参考文献
[1]Christopher F G, Pasquale S V, The Use of Ultraviolet Germicidal Irradiation (UVGI) in Disinfection of Airborne Bacteria, Environmental Engineering and Policy, 2002, 3: 101~107
[2] Peter H, Ivo M, Indoor Climate and Air Quality. Review of Current and Future Topics in the Field of ISB Study Group 10, International Journal of Biometeorology, 1998, 42: 1~7
[3]Teiehner SJ,Fomrenti M.Photoelecrtoehmeisrt,yPhotocatalysis and Photoeraetosr,EdbySehiavelloM.Dordreeht:DReidelPublishingComPnay.1985:457-89;
[4]E. Gilbert. Lnfluence of ozone on the Photoeaatlytic oxidation of organic compons. Ozone science engineering，2001，vol24:78-82:
[5]尚静，徐自力，杜尧国等. 超细粉TIOZ 光催化氧化502的研究. 高等学校化学学报.2000，21(8):1299-1230:
[6]徐安武，刘汉钦，李玉光.NOx 气相光催化氧化降解研究. 高等学校化学学报，2000，21(8):1252-1256:
[7]Wang Lucun, He Lin, Liu Yongmei, et al. Effect of pretreatment atmosphere on CO oxidation over α -Mn2O3supported gold catalysts [J]. Journal of Catalysis, 2009, 264: 145-153.
[8]丁士文，李梅，王利勇，等. 铁掺杂纳米二氧化钛介孔材料的合成、结构与性能〔J 〕. 西安交通大学学报，2008，42(9)：1184-1188.
室内空气污染物的释放及治理
摘 要
室内空气空气污染物愈发引起人们的重视，现今，对空气污染物的治理也越来越有效。挥发性有机物（VOC ）在室内空气污染物中扮演重要角色。对人体健康危害较大。对于室内空气污染物的治理主要有源头控制，控制稀释以及空气净化。二氧化钛作为一种有效的光催化剂，在处理室内空气污染物上具有独特的优势，已经受到广泛关注。国内外研究者对其进行了深入的研究，取得了一系列成果，实际运用中效果亦非常好。为使光催化剂更加有效的对室内空气污染物进行处理，研究人员从降解率高、重复利用性强、二次污染小、能够大规模使用等方面着手，探讨更加可行的方案。
1. 前 言
从1990年代开始，我国的新建筑大量涌现。建筑装修装饰和家具造成的室内空气污染危害人们身体健康和生活质量，随着社会进步和生活水平的提高，当今室内空气质量状况越来越受到人们的重视。由于室内装修、暖通空调及大量家用化工产品的使用，室内空气污染愈发严重。室内空气污染不仅破坏了人们的工作环境和生活环境，而且直接威胁着人们的身体健康。室内装饰装修所采用的材料包括人造板及制品、壁纸、内墙涂料、地毯等，在装修、使用过程巾都会缓慢的释放出大量的挥发性有机化合物和甲醛，这已经成为室内空气环境污染的主要来源之一。在室内环境的污染源中，甲酸一直是以往国内研究的重点，而对的研究较少。正常人常年有 80%~90%以上的时间在室内度过[1,2]，长期处在恶劣的室内环境中，所遭受的潜在危害是非常巨大的。随着人们健康意识和自我保护意识的增强，对生活质量和室内环境的要求越来越高，逐渐认识到提高室内空气的品质是健康生活和工作的保障。
2. 室内VOC 危害
根据美国联邦环保署（EPA ）对挥发性有机化合物的定义，是指除CO ，CO 2,
H 2CO 3，金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵以外, 任何参加大气光化学反应的碳化合物。世界卫生组织（WHO ）将挥发性有机化合物定义为室温下饱和蒸汽133.322Pa ，沸点在50℃-260℃之间的易挥发性有机挥发物质。由于VOC 种类很多, 单个组分的浓度较低, 检测费昂贵, 因此, 常用量化指标——总有机挥发物浓度（TVOC ）表示。
由于家装市场的不断发展，室内环境的重要污染物VOC 对人体健康的影响逐渐显现。由于VOC 的成分复杂, 其所表现出的毒性、刺激性、致癌作用和具有的特殊气味能导致人体呈现种种不适反应, 并对人体健康造成较大的影响。VOC 还可以与NOx ，CnHm 在阳光作用下发生光化学反应, 吸收地表红外辐射引起温室效应破坏臭氧层形成臭氧空洞, 引起人体致癌和动植物中毒。装修过程中使用含有大量VOC 的装修材料，将严重恶化室内空气质量。VOC 有嗅味, 表现出毒性、刺激性, 很容易通过人的呼吸作用, 经肺、血液进入神经中枢, 进而对中枢神经产生很强的麻醉作用, 此时人体就会表现出精神恍惚、困倦、磕睡若吸入的量过多, 则会出现头晕耳鸣、面色苍白、恶心呕吐, 甚至肌肉痉挛等全身症状。
3. 室内VOC 的来源
VOC 在室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾, 建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。在室内装饰过程中, 主要来自人造板、油漆、涂料和胶黏剂。现在室内装饰和家具制造所使用的人造板, 制造中采用的胶勃剂主要为脉醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等, 他们在使用过程中老化、分解会不断释放出游离甲醛。热熔胶、乳白胶、脉醛胶和乳白胶的混合液以及氯丁橡胶类的万能胶等, 他们在使用和分解过程中也有的释放。
4. 室内VOC 污染的主要控制手段
控制室内 VOC 污染主要有三种途径，即源头控制、通风稀释以及空气净化。 源头控制即通过限制 VOC 在室内相关产品中的含量，从而降低 VOC 在室内的释放强度。
源头控制主要依靠法律法规严格控制室内装修材料上有害物质含量。并对室内VOC 排放量较大的用具从质量上进行控制。
通风稀释即通过室内外空气交换，降低室内目标污染物的浓度。通风稀释的
方式包括自然通风和机械通风。常用的开窗换气即为一种简单的自然通风方式。然而，在现代城市建筑中，使用自然通风有以下几方面的不足：（1）采暖季、供冷季引入室外新风需承担大量的能耗代价；（2）在城市中工厂、汽车尾气排放较严重的地区，如果直接将室外空气引入室内，虽然稀释了室内的 VOC 污染，但同时将大量的可吸入颗粒物、NOx 、SOx 等室外空气污染物送入室内，造成新的危害。采用机械通风可通过热回收、过滤等方式弥补自然通风的上述缺点，但又存在排污的有效性问题以及送达人员活动区的可及性问题等。
空气净化即通过吸收、吸附、反应等方式将空气中的气态污染物转化为束缚态或降解成无害的物质。作为对前两种控制途径的有效补充，空气净化是一种缓解现代建筑室内空气污染问题不可或缺的控制手段。目前常见的室内空气净化产品按其使用方式可分为两类：被动式和主动式。常见的被动式净化产品主要有颗粒型吸附剂、吸附纸、净化喷涂产品、绿色植物等。被动式净化一般有效作用范围较小，适用于针对污染源的空气净化，如将吸附材料放置于新家具的柜子、抽屉中，可降低家具中所含 VOC 向室内空气的释放强度。主动式净化产品主要有便携式空气净化器、具有净化功能的空调器、用于空调风道的空气净化模块等。常见的主动式净化产品中的空气净化技术主要有：过滤、吸附、紫外消毒、光催化、热催化、吸收、臭氧、负离子、等离子体等，对颗粒物，VOC 以及生物污染均有一定的效用。在去除室内 VOC 的净化技术中，吸附技术的使用最为广泛，具有价格便宜、简单易用、无副产物等优点。在催化氧化类净化技术中，光催化、等离子体催化都因易产生有害副产物而受到安全性方面的顾虑。
热催化作为一种催化氧化技术常用于处理高温的工业废气和汽车尾气。而近几年的研究发现，通过对材料的掺杂改性，可使热催化材料具有在室温下有效降解甲醛而无需输入额外能量的特点，且未发现有害副产物。热催化材料一般以金属氧化物（如 TiO 2, MnOx-SnO2, MnOx-CeO2, Co3O 4-CeO 2等）为基材，并添加约 1.0%的贵金属（如 Au 、Ag 、Pt 等）作为主要活性成分。主动式净化中吸附、催化材料的应用常采用固定填充式和部分填充式以维持较长的有效作用时间，而催化材料则较常采用涂覆式以使活性成分充分暴露于空气中。
5. 二氧化钛处理室内空气污染物
5.1二氧化钛简介
二氧化钛光催化氧化起源于二十世纪七十年代。1972年日本的Fujsihima 和Hond 在Nature 杂志上报道了光电池中光辐射二氧化钛持续发生水的氧化还原反应，产生氢气[4]。试验表明通过半导体电极可以把光能转化为化学能。此后国内外许多研究者竞相开展此方面的研究，并且开始把半导体光催化氧化应用于环境污染控制上来。光催化氧化首先应用于废水中有机物的降解，取得了突破性的进展，后来逐渐应用到气相污染物的处理上。1985年，Fomrenti 等曾系统地研究了锐钛矿型Ti 对气相烃类的光催化氧化[5]，近些年来光催化处理气相有机污染物逐渐受到重视。实验研究表明，与水相光催化氧化一样，大多数的有机物在气相条件下也能被光催化氧化为无机物，而且光利用效率更高，反应速率更快。如今光催化治理气相有机污染物的研究在空气净化领域十分活跃，目前主要应用于大气中恶臭和有毒物质的分解，挥发性有机污染物的氧化[6]、温室气体的固定、SOx[7]和NOx[8]的催化脱除等方面，特别是用于环境中低浓度挥发性有机气体的处理。
TiO2光催化氧化是一种新的环境净化技术，它适用范围广、氧化能力强，能够使许多在通常条件下难以实现的反应能够在温和条件下顺利进行，可将有机物彻底矿化为无机小分子如CO2、H 2O 和矿物酸等，不产生二次污染，同时还具有操作过程容易控制、方法简单、节能低耗等优点，开辟了TiO2光催化氧化在环境领域中的新天地。
TiO2粒子的能带结构由填满电子的低能价带和空的高能导带构成，价带与导带之间存在禁带。 当用能量大于禁带宽度的光，尤其是在紫外线的照射下，电子从价带激发到导带上，在价带上留下空穴，形成电子-空穴对。 由于库仑引力作用，它们处于束缚态。 但如有电场或“化学场”存在，则电子和空穴发生分离并迁移到粒子表面不同位置。在 TiO2粒子表面上，电子有还原作用，而空穴产生氧化作用，可夺取被吸附在颗粒表面的 OH-和 H2O 的电子，它能使大多数有机污染物、细菌及部分无机污染物最终氧化分解为无机物等无毒物质。 如果在建筑内墙涂料、地面覆盖材料、墙面装饰材料、家具面漆等材料中添入纳米二氧化钛，既可杀菌防霉，又可降解有机污染物。 因此，在光催化反应过程中，抑制电子-空穴的复合是关键步骤，对提高光催化活性至关重要。
5.2 二氧化钛国内外研究现状
欧洲、北美和日本等国家和地区从 80 年代开始广泛开展室内环境质量的研究工作。研究内容涉及室内空气质量的检验、评价和标准；室内空气污染物与人群健康关系；新型“绿色环保生态”建筑材料，以及控制和治理污染的新技术与新设备等。
国内外环境科学工作者对半导体光催化诸多方面的问题开展了深入的研究，研究的主要内容有:半导体光催化材料的筛选、制备及微观结构的表征，半导体光催化活性产生的机制及所产生的活性物种，半导体光催化剂尺寸量子化以及固定化技术，半导体光催化矿化各种有机物的机理，光催化及光电转化的理论研究，水中和气相中各种污染物光催化降解动力学，各种形式的半导体光催化反应器等。
研究中目前所采用的光催化剂多为 n 型半导体材料，如TiO 2，ZnO,CdS,WO 3,SnO 2, α-Fe 2O 3等。其中 CdS 虽然对可见光敏感，但它在催化反应的同时，晶格硫以硫化物形式进入反应体系，造成二次污染；WO 3和 SnO 2的催化性能比较低；α-Fe 2O 3在可见光区具有很强的光吸收能力， 但催化活性较低。综合考虑， 用于室内污染物降解前景较好的为 TiO 2和ZnO ，其中以 TiO 2的应用最为广泛。
Schmidt 等[9]采用化学离子质谱法研究了廉价易得的Degussa P25 TiO2对挥发性有机化合物的光催化降解性能，发现 Degussa P25 TiO2在室温下对丙酮具有很好的光催化降解性能。优化 TiO2光催化性能研究主要集中在：① 用不同的合成方法制备纳米颗粒；② 对 TiO2进行掺杂改性，如贵金属掺杂、非金属掺杂、过渡金属掺杂、半导体复合等。
大量研究表明，掺入金属离子可改善TiO2的光催化性能。从化学观点看，金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度，从而影响电子-空穴对的复合。如成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命，或成为电子-空穴的复合中心而加快了复合。丁士文等[10]采用水热法制备的Fe-纳米 TiO2介孔材料经日光照射 60 min 后对藏蓝染料的降解率达到了 100%。
在纳米 TiO2光催化性能研究中发现，纳米 ZnO 作为功能材料具有优异的性能。 在环境保护和治理方面同样显出广阔的应用前景。 在紫外光的照射下，纳米 ZnO 有催化剂和光催化剂的作用，能分解有机物质，可以抗菌、除臭和消毒，保护和净化环境。Deng 以硫化的聚苯乙烯核-壳胶体球为模板采用一种新颖
温和的方法制备了 ZnO 空心球，制备过程中模板球直接被介质溶解掉了，既不需要高温也不需要太长的时间。这种方法制备的 ZnO 空心球具有很高的光催化活性。制得的纳米 ZnO 粉体可用来替代 TiO2成为新型光催化剂，用于降解室内污染物、净化环境，具有良好的应用前景。在实际应用中，光催化材料遇到了两大技术问题：① 必须有波长小于 400nm 的紫外光的存在； ② 光催化效率仍较低、性能不稳定。
5.3二氧化钛在室内污染物处理上的思考及展望
光催化剂，主要是二氧化钛，对室内空气污染物的治理拥有广阔的发展前景。TiO2开始在水处理方面使用，后来转动空气污染中，发现效果很好。可以看出，研究问题，切不可一成不变，需多做思考。世界是相通的，不能将思想禁锢在一个方面。二氧化钛拥有其他方法无可比拟的优点，可以使室内污染物的治理效果更加明显。通过多种方式，如掺杂金属、非金属的方式使催化效果更好。今后如果能在循环使用等方面获得突破，这一技术完全大有用武之地。
TiO2光催化剂用于室内污染物的催化降解已经取得了一定的成效，但是仍存在许多问题。就目前的研究来看，光催化剂的发展方向应满足：降解率高、重复利用性强、二次污染小、能够大规模使用等。因此以下问题有待进一步加强研究：
（1）研究新型的高效催化剂。通过各种不同的方法对光催化剂进行改性，以提高其光催化活性。
（2）探索并研究光催化剂的固定技术。重点是催化剂与载体的结合方法，包括纳米颗粒在载体上的直接负载方法和光催化剂成膜负载方法。
（3）光催化剂和其他技术联用。目前来看，技术联用也是一个很好的治理污染物的方法，如可以将光催化技术和活性炭吸附技术联用来提高对污染物的降解效率。
随着二氧化钛逐渐应用于室内空气污染物的治理中，其优越性便会更加明显的呈现出来，促使研究者更加深入的研究其改进的方法。可以期待，光催化剂技术肯定会越来越成熟。
6. 结论
室内空气污染收到人们的广泛关注，室内VOC 污染则是一个重要的原因。室内VOC 源于燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等的烟雾, 建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等，对浓度较高会对人体健康造成影响。可以通过源头控制、通风稀释以及空气净化等对室内VOC 进行控制。二氧化钛的光催化是一个重要的研究方向，适用范围广、氧化能力强，反应条件温和，在室内空气污染的治理上具有广阔的发展前景。
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