[00115926]纳米光催化空气净化器关键技术研究

该课题是建设部2003年科学技术项目计划分项五课题二——改善室内环境的措施和设备的子项目：纳米光催化空气净化器关键技术研究。光催化技术在国外（尤其是日本）应用十分广泛，但在国内却是刚刚起步，目前虽然一些厂家生产所谓的光催化空气净化产品，但经过我们测试发现其中大多鱼目混珠，主要还是利用活性碳吸附来消除VOCs，真正利用光催化反应的却没有。该项目的研发目的就是要通过纳米光催化空气净化器关键技术研究，为开发真正利用光催化反应消除室内空气中污染物的空气净化产品打好基础。技术原理和性能指标使用纳米光催化材料消除VOCs是近年来兴起的一项空气净化新技术，与传统的活性碳吸附处理VOCs相比，由于它具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染以及可连续工作等优点，日益受到人们的重视。光催化作用的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导体的电子结构，当其吸收一个能量大于其带隙能（Eg）的光子时，电子（e-）会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电的空穴（h+）。价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以直接与反应物作用，也可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体反应。例如空穴可以使H_2O氧化，电子使空气中的O_2还原，生成H_2O_2、·OH基团和HO_2·，这些基团的氧化能力很强，能有效氧化有机物污染物，最终分解为CO_2、H_2O、PO_4^(3-)、SO_4^(2-)、NO_2^(3-)以及卤素离子等无机小分子，达到完全无机化消除VOCs的目的。研制出高性能混合光催化材料，其性能与纯光催化材料接近但光催化材料用量大为减少；显著提高了管状光催化反应器性能；研制出的光催化空气净化样机性能超过国内同类产品。课题完成预研项目。目前发表相关研究论文7篇（其中2篇为SCI摘引的国际期刊论文，3篇国际会议论文，2篇国内核心期刊论文）；已获批4项实用新型专利，2项发明专利在审批中。技术的创造性、先进性1、研究发现，将某些吸附材料与高效纳米光催化材料P25按照一定比例混合可在保持光催化活性不变的同时大大减少P25的用量。2、找到了光催化材料与基材较好的涂覆技术，此技术在保持了材料活性的同时大大提高了光催化材料与基材的附着牢固度。3、基于传质和反应分析，首次得到了光催化反应器反应有效度和影响因素间的定量关系式。4、提出了理想反应参数和反应有效度概念，建立了光催化反应器反应性能瓶颈判据，并将反应区别为：反应控制型，传质控制型和混合控制型。5、提出了采用肋片强化反应器性能的方法。6、利用计算流体力学和实验相结合的方法，发展了光催化反应器性能综合优化（结构和反应条件优化）方法。7、基于以上研究结果，研制成功了具有自主知识产权的光催化空气净化器样机，该样机性能超过普通国内和部分国外光催化空气净化器的性能。应用情况及存在问题：目前和清华同方洁净公司合作生产出光催化空气净化器样机并投放市场。