光觸媒是指可通過(guò)吸收光而處于更高的能量狀態(tài)，并將能量傳遞給反應(yīng)物而使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一類(lèi)物質(zhì)。半導(dǎo)體和金屬化合物等是常用的光觸媒材料、其中最常見(jiàn)的是二氧化鈦。二氧化鈦廣泛用作染料、牙粉、食品添加劑等，是一種安全無(wú)毒、價(jià)廉耐用的物質(zhì)，納米二氧化鈦通過(guò)美國(guó)認(rèn)證對(duì)人體無(wú)害，用于口紅和防曬霜中。光觸媒在光照結(jié)合空氣中的水蒸氣在表面會(huì)產(chǎn)生大量氫氧根自由基，它比消毒殺菌劑被廣泛使用的次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強(qiáng)的氧化能力，可以分解有機(jī)物，殺菌劑和防霉。二氧化鈦具有在光的照射下能分解和無(wú)害化處理幾乎所有有害有機(jī)物，不用有毒的藥品或煤、石油等化石燃料，僅利用干凈且取之不盡的太陽(yáng)能就能將擴(kuò)散了的環(huán)境污染物安全有效地處理并且可半永久化循環(huán)使用等眾多的優(yōu)點(diǎn)。

三、光觸媒開(kāi)發(fā)的足跡

光觸媒反應(yīng)的研究始于上個(gè)世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)是為了解決由于無(wú)機(jī)化合物導(dǎo)致的光分解反應(yīng)，在添加二氧化鈦的涂料容易老化這一古老的問(wèn)題而展開(kāi)的。直到70年代末才開(kāi)始積極利用光觸媒反應(yīng)來(lái)處理有害化學(xué)物以及進(jìn)行環(huán)境凈化等方面的研究，在我國(guó)90年代初也開(kāi)始在這一方面進(jìn)行研究，并報(bào)告了使用光觸媒對(duì)含氯有機(jī)物、農(nóng)藥、二惡英等將近100多種物質(zhì)進(jìn)行分解和無(wú)害化處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。90年代中期，德國(guó)成功開(kāi)發(fā)了膜狀二氧化鈦光觸媒使光觸媒立即進(jìn)入了實(shí)用化階段。同時(shí)，德國(guó)在二氧化鈦光觸媒在大氣凈化研究上的應(yīng)用取得了進(jìn)展，使用二氧化鈦光觸媒在自?xún)艋矫娴膽?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化上取得了進(jìn)展。近幾年來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，光觸媒研究也得到了相當(dāng)迅速的發(fā)展，科學(xué)家將二氧化鈦用高科技手法制造成納米級(jí)別，更加提高了二氧化鈦的光催化性能，利用金屬摻雜及其它的方法使得納米級(jí)二氧化鈦在普通光照下有光催化活性，成功研制了抗菌陶瓷、抗菌地板、外墻防老化涂料等光觸媒材料。我國(guó)在這一方面研究技術(shù)與國(guó)外相當(dāng)，產(chǎn)業(yè)化方面落后于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，近幾年來(lái)國(guó)家對(duì)光催化研究投入大量人力物力，在可見(jiàn)光光觸媒原材料方面也有規(guī)模生產(chǎn)能力。

四、日益擴(kuò)大的光觸媒市場(chǎng)

光觸媒用光照射時(shí)產(chǎn)生比臭氧還強(qiáng)的氧化能力，幾乎能殺滅物體表面所有的細(xì)菌和病毒，并能分解細(xì)菌死后留下的內(nèi)毒素，最終將細(xì)菌和病毒分解成二氧化碳和水。可以很好的處理人類(lèi)病毒的相互交叉感染。它能夠?qū)⑺械挠泻τ袡C(jī)物分解成水和二氧化碳等無(wú)毒無(wú)臭的物質(zhì)。只要在光照射下，光觸媒就能引起有害物質(zhì)分解等化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，其作為一種對(duì)環(huán)境友好并能與人長(zhǎng)期共存的環(huán)境凈化材料而迅速引起世人的注目。

近年來(lái)，利用這類(lèi)光觸媒原理的相關(guān)商品市場(chǎng)正在急速成長(zhǎng)。光觸媒陶瓷、光觸媒紗布、光觸媒手機(jī)、光觸媒燈管、光觸媒空氣凈化器等擁有優(yōu)良性能的光觸媒產(chǎn)品日益受到消費(fèi)者喜愛(ài)，光觸媒產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模應(yīng)該更加擴(kuò)大化，將會(huì)成為市場(chǎng)的潮流。

五、光觸媒的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

光觸媒的應(yīng)用范圍包括抗菌、防霉、空氣凈化（除臭、排氣凈化）、自?xún)艋⒎漓F、大氣凈化、水處理等廣泛的領(lǐng)域、隨著研究開(kāi)發(fā)的進(jìn)展，已開(kāi)發(fā)出大量實(shí)用產(chǎn)品。光觸媒具有抗菌除臭等多種用途而最適合于護(hù)理用品，這將伴隨人口老齡化而成長(zhǎng)為巨大的產(chǎn)業(yè)。

1、抗菌防霉

二氧化鈦在光照射下，產(chǎn)生氫氧根自由基等活性氧比常用作消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強(qiáng)的氧化能力，發(fā)揮抗菌作用而使細(xì)菌或霉菌的繁殖中止。這類(lèi)二氧化鈦光觸媒的抗菌劑與傳統(tǒng)的抗菌劑不同、它們具有如下特征：

（1）二氧化鈦在沒(méi)有光照時(shí)沒(méi)有抗菌活性。傳統(tǒng)的抗菌劑是通過(guò)藥效成分的溶出釋放而阻止細(xì)菌的發(fā)育或殺滅細(xì)菌。用從餐具鉛溶出實(shí)驗(yàn)同樣的方法測(cè)試表明：二氧化鈦完全不溶出。而二氧化鈦光觸媒，在光照的初期就產(chǎn)生抗菌作用。由于在光照下產(chǎn)生的氫氧根自由基等活性氧壽命很短，如果細(xì)菌不在二氧化鈦的近處就不能發(fā)揮抗菌效果。因此，將二氧化鈦埋入載體或膠粘劑表面。實(shí)驗(yàn)證明將光觸媒涂于陶瓷表面后再進(jìn)行燒結(jié)，它的抗菌效果相當(dāng)好。

（3）由于二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎ü庥|媒）作用時(shí)自身不發(fā)生變化，原理上，可以半永久地使用、如果有光照射，它就能半永久地持續(xù)有效。

（4）二氧化鈦光照射下，產(chǎn)生的氫氧根自由基幾乎能使所有有機(jī)物分解變成二氧化碳等無(wú)毒的物質(zhì)。因此，不僅能抗菌防霉、使作為細(xì)菌或霉菌的食餌的有機(jī)物分解，也使細(xì)菌或霉菌釋放出的毒素分解。而且，還能破壞癌細(xì)胞、可使溶入的各種有害化學(xué)物質(zhì)及像空氣中的惡臭化學(xué)物質(zhì)分解及無(wú)害化等。

在涂有二氧化鈦光觸媒層的玻璃板上用日光燈照射下的抗大腸桿菌、黃色葡萄菌的抗菌效果均可達(dá)99%以上。納米級(jí)二氧化鈦在微弱的光照下就能夠有很強(qiáng)的殺菌能力，光觸媒抗菌陶瓷在生活中使用不另加光照一樣有超強(qiáng)的殺菌能力。

綜上所述，二氧化鈦光觸媒作為新型的抗菌劑令人注目、各種應(yīng)用的開(kāi)發(fā)也進(jìn)展良好。光觸媒抗菌瓷磚已經(jīng)在市場(chǎng)銷(xiāo)售，在衛(wèi)生陶器、菜刀、案板、建筑材料、24小時(shí)浴室以及衣料用纖維等方面上的應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)展順利。而且，光觸媒在防藻作用也已得到確認(rèn)，能抑制藻和水青苔的水槽、能防止水變質(zhì)和花長(zhǎng)期保鮮的花瓶已經(jīng)面市銷(xiāo)售、在混凝土、涂料上的應(yīng)用研究也已開(kāi)始。

2、空氣凈化（除臭、氣體排放凈化和室內(nèi)污染綜合癥對(duì)策等）

光觸媒在光照下也能夠分解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有害物質(zhì)，并能將其完全分解成二氧化碳和水，與傳統(tǒng)的除味劑不同，只能將一種有害物變成另一種無(wú)味兒的有害物質(zhì)，光觸媒才是一種能徹底分解有害物質(zhì)的環(huán)保材料。

只要將光觸媒均勻的噴涂于室內(nèi)墻面上，利用陽(yáng)光或燈光就能夠源源不斷的分解有害物質(zhì)，大大降低污染物對(duì)人體的危害。在日本通常家庭在裝修完成后就會(huì)噴涂上一層光觸媒液，成了一種常用的空氣凈化涂料，在我國(guó)人們的意識(shí)還沒(méi)有達(dá)到這一步，相信不久的將來(lái)光觸媒也會(huì)走進(jìn)我國(guó)百姓的家庭。

3、自?xún)艋c防霧

用光觸媒可以分解污物，據(jù)此，可制備自?xún)艋牧稀Ｓ绕涫菍?duì)于一點(diǎn)點(diǎn)增加的油污或香煙焦油的效果最大。利用這些材料，可生產(chǎn)出應(yīng)用于建筑材料、外墻、窗玻璃等各種各樣的產(chǎn)品，推進(jìn)自?xún)艋夹g(shù)的發(fā)展。涂料、薄膜劑、光觸媒片材等已經(jīng)開(kāi)始銷(xiāo)售。此外，將光觸媒涂在牙齒表面，遇光照射時(shí)，將使附著在牙齒上的污物分解、變白，這項(xiàng)功能已應(yīng)用于牙科美容。

一般來(lái)說(shuō)，二氧化鈦與水的接觸角為零度而具有超親水性、污物等附著時(shí)表面變成疏水性形成水珠而霧化。但如果有光照則發(fā)生光觸媒分解污物而使其恢復(fù)成原來(lái)的超親水性，進(jìn)而使霧化停止。利用該原理開(kāi)發(fā)出不霧化的鏡子、窗玻璃和薄膜劑等。

在美容方面，光觸媒可應(yīng)用于牙科美容使牙變白。對(duì)于假牙，也已開(kāi)發(fā)出假牙洗凈劑。在假牙中加入含光觸媒的溶液，當(dāng)陽(yáng)光等光源照射時(shí)，假牙上附著的污物被分解而變得干凈、同時(shí)也可去除假牙的惡臭。

4、大氣凈化

在美國(guó)過(guò)去20年中，主要由于汽車(chē)尾氣中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)所造成的大氣污染問(wèn)題一直沒(méi)有得到改善，已引起數(shù)起公害訴訟而成為嚴(yán)重的問(wèn)題。如果應(yīng)用二氧化鈦光觸媒，則能使大氣污染源的一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）等氮氧化物（NOx）或硫氧化物（SOx）氧化成硝酸根離子（NO3-）或硫酸根離子（SO42-）。將光觸媒涂刷于建筑物的外墻時(shí)，就可利用太陽(yáng)光將氮氧化物或硫氧化物分別氧化成硝酸根離子或硫酸根離子，下雨時(shí)可將硝酸根離子或硫酸根離子沖刷下來(lái)，就這樣可持續(xù)不斷地進(jìn)行光觸媒反應(yīng)，從而除去大氣中的氮氧化物或硫氧化物。現(xiàn)已研究表明沖刷硝酸根離子或硫酸根離子雨水的酸性可以被空氣中浮游的堿性粉塵所中和。目前，含光觸媒的大氣凈化產(chǎn)品，比如道路建設(shè)中的大氣凈化部件、涂料、片材、水泥以及道路路面等已被開(kāi)發(fā)推廣。附著有光觸媒的吸音板材和高速道路的防音壁等商品也在開(kāi)發(fā)之中。

5、水處理

目前，用的最多的水處理方法是采用活性污泥等的微生物處理法，該法對(duì)于含氯有機(jī)物的處理還很困難，產(chǎn)生的剩余污泥也成為環(huán)境問(wèn)題。至今，剩余污泥主要采用焚燒處理和埋填處理，但焚燒處理后的殘灰又成為新的問(wèn)題，埋填處理也不能無(wú)限地占用土地資源。光觸媒用于水處理的研究很早就開(kāi)始并一直在持續(xù)。開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)是將光觸媒的粉末分散含有害物的水中用光照射來(lái)處理水中的有害物，但是，由于這種方法只能一次性處理而無(wú)法連續(xù)處理，處理干凈的水與光觸媒的分離也困難而一直得不到實(shí)用化。隨著僅由二氧化鈦成膜的光觸媒的開(kāi)發(fā)成功才真正應(yīng)用于水處理。

目前，與水處理相關(guān)的光觸媒產(chǎn)品有玻璃器具、能抑制藻類(lèi)和青苔繁殖的水槽、使水不易變質(zhì)從而使花期延長(zhǎng)的花瓶等。此外，利用光觸媒的晝夜浴室也已商品化，凈水器、廢水處理裝置、飲料水的凈化、殺菌裝置、超純水制造裝置、染色廢水的脫色系統(tǒng)、簡(jiǎn)易凈水器、雨水凈化裝置、含電鍍廢液氰化合物的分解裝置、被環(huán)境激素等所污染江河的凈化系統(tǒng)以及牲畜房的尿處理系統(tǒng)等都在開(kāi)發(fā)進(jìn)行中。還有將地下水中的有機(jī)溶劑蒸發(fā)成氣體后進(jìn)一步用光觸媒分解的裝置也已有銷(xiāo)售。

另外目前，如何處理廢棄物設(shè)施的焚燒爐的廢氣中的二惡英已成為嚴(yán)重的問(wèn)題，造紙工業(yè)廢水中含二惡英或垃圾焚燒場(chǎng)的廢氣洗凈水（清洗水）含二惡英的處理也將是潛在的問(wèn)題。特別是最近已從一些江河水中檢出嚴(yán)重超標(biāo)的二惡英，為此，應(yīng)用光觸媒分解二惡英水處理裝置等也在開(kāi)發(fā)之中。

6、保鮮

眾所周知，在保存水果和糧食時(shí)，如果其中少量發(fā)生變質(zhì)，則其他的部分將很快變質(zhì)。這是由于已變質(zhì)的部分會(huì)釋放出能促進(jìn)水果和蔬菜等成熟老化的乙炔氣體，促進(jìn)其他部分成熟、老化而加速腐敗。如果使用光觸媒，能將乙炔氣體分解為二氧化碳和水，使水果和糧食能長(zhǎng)時(shí)間保存，提高商品的市場(chǎng)價(jià)格。在草莓箱子里放入光觸媒片使草莓保鮮或在食品倉(cāng)庫(kù)等地方使用使水果和糧食可以長(zhǎng)期保鮮的裝置也已商品化。使用光觸媒不僅能分解乙炔氣體，同時(shí)還能防止倉(cāng)庫(kù)內(nèi)細(xì)菌和霉等的繁殖以及除臭等，使產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定的同時(shí)還能舒緩作業(yè)環(huán)境，并使各種農(nóng)作物的摻混存放成為可能。同時(shí)還可用于種苗、根莖球的保存，防止菠菜、大蒜等的變黃。利用光觸媒的這種效果，防止食品腐爛、抑制垃圾的排放，從解決糧食問(wèn)題和廢棄物問(wèn)題的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看也令人注目。用光觸媒材料制造的包裝膜既可以起到長(zhǎng)久保鮮而且包裝膜在自然界中兩個(gè)月就會(huì)降解，比傳統(tǒng)的降解材料成本低得多。

綜上所述，可用光觸媒處理的有害物質(zhì)數(shù)不勝數(shù)，它可以安全廣泛地應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)的各個(gè)方面、是21世紀(jì)最有希望的技術(shù)之一、目前，各種各樣的產(chǎn)品已在市場(chǎng)上出現(xiàn)。然而，已采用光觸媒的相關(guān)產(chǎn)品的性能，比如自?xún)艋男Ч谠O(shè)備剛完畢時(shí)可以容易看到， 但再經(jīng)過(guò)幾個(gè)月后，該效果就不明顯了。目前我國(guó)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的有光觸媒性能評(píng)價(jià)的試驗(yàn)方法，而由生產(chǎn)企業(yè)自行制定，從而無(wú)法比較光觸媒的性能、由于沒(méi)有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這嚴(yán)重阻礙了光觸媒市場(chǎng)的健康發(fā)展，希望我國(guó)盡快出臺(tái)光觸媒產(chǎn)品的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

目前，光觸媒應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā)正在全力推進(jìn)中。隨著光觸媒技術(shù)在世界各國(guó)的普及，將促進(jìn)光觸媒新用途的開(kāi)發(fā)和今后巨大市場(chǎng)的成長(zhǎng)。隨著光觸媒的開(kāi)發(fā)和普及、擴(kuò)大影響，將促進(jìn)地球環(huán)境的改善。