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光触媒面面观
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日期:2019-07-26    

光触媒面面观光触媒理化指标介绍
如何衡量一个产品的质量的优劣,很多情况下消费者会参考商家和权威机构提供的技术指标进行比较。对于光触媒这样一个全新的行业,对于纳米技术这样一个朝阳产业,可能很多消费者对光触媒的理化指标不甚了解,对如何分析和如何验证是否产品的该项理化指标缺乏必要的指示,这里将介绍一些常见的光催化剂,特别是纳米光催化剂的理化指标,会对大家更进一步认识纳米光触媒有所帮助。
      应用甲醛检测类指标:
      甲醛,苯,氨分解率
      这个指标恐怕是消费者最为常见的指标,很多消费者以为这个指标越高产品质量就越好,其实正是这样一个指标中,却暗藏很多玄机,往往消费者不能发现其中的细微差别造成错误判断带来损失。
      有机污染物的分解率一般是按照分解前含量-分解后含量/分解前含量的公式进行计算的,我们可以假设,如果A产品24小时分解效果为 20->10,则分解率为50%,B产品24小时分解率为 5->0.5,分解率90%。从这个例子我们可以看出,分解率和绝对的分解能力有很大的区别,相信我们不会认为A与B是50与90的区别吧。同样我们要注意的是,当高浓度污染物时,分解速度会比较快,这是由于光触媒接触污染物的概率比较高,这样空穴和电子复合率就比较低,效率自然提高。例如,在24小时分解20->10的A产品,在24分解起始浓度为10的污染物时可能只能完成10->8,而非10->0。那么我们可以发现,在不固定相关条件的情况下,单纯的比较分解率,或者分解量都是不科学的。同样的,实验环境的大小,光触媒用量,温度,通风条件,光照强度和光源性质也会很大程度影响这些指标。所以分解率这类指标,仅仅是作为参考之用,严格的商家和故意混淆的商家的这类指标进行比较是不能反应客观事实的。
  杀菌率
    杀菌率和分解率很多方面有共同之处,这就决定了这个指标在不固定条件的情况下也是只能作为普通的参考指标。同时,杀菌率这个指标还有自己的特点。有些光触媒除甲醛产品有很高的酒精含量,我们可以想象酒精作为分散体系的光触媒其酒精的杀菌功效和光触媒的功效在开始阶段我们都很难区分,所以有些高酒精含量的产品,杀菌效果很明显也是不足为奇的,这类产品比较杀菌率是相当不科学的,酒精杀菌自古有之。同时,在有机污染物分解实验中广泛使用的紫外线光源,在抗菌实验中也会产生巨大的影响。我们知道紫外线下普通光触媒效果会更好,但是当我们用紫外线做抗菌实验的时候,我们不得不注意紫外线本身强大的杀菌能力。在这种情况下,太阳光也是一样的。所以我们建议,抗菌报告光源条件是日光灯,或者白织灯会比较可信,并且请注意起始菌落和菌种。
  防霉等级
      由于抗霉菌能力的评估构成了防霉等级,所以这类指标的判断,可以参考杀菌率。
      我们可以发现由于应用检测类指标由于实验条件的复杂性,其具体数字的比较会有较多的缺点,只有严格按照同一种方式和条件进行检测才具有一定可比性,同时也要注意这种检测方式是否对某一种待检品有偏好或者是否科学。
      物理指标
    粒径
      作为纳米光触媒除甲醛产品,产品的粒径是非常重要的指标,如果这个指标不能达到纳米水准,那么这款除甲醛产品的品质就值得怀疑。虽然很多产品都标明了自己的粒径,但是如何确认粒径是否符合标准,消费者一般没有相关的手段。
      粒径我们一般分为2种,一种称为一次粒径,另一种称为二次粒径。
     一次粒径是纳米晶粒的大小,是含有低通气孔的独立颗粒的粒径,这种粒径我们可以用XRD[X射线衍射]进行检测,通过XRD分析谱图中特征峰的宽化,结合谢乐公式可以得出一次粒径的指标。但是如果一次粒径大于50nm,纳米效应非常弱,特征峰宽化很难识别,谢乐公式的计算结果也会不准[偏小],很可能100nm,计算结果是60nm。这是需要注意的。
     二次粒径就是颗粒团聚以后颗粒的尺寸。在纳米材料领域,我们经常可以听到一个词,团聚,所谓团聚就是指大量纳米晶体集合成一个大的颗粒,这种情况下,纳米晶体的表面积和纳米效应都会受到影响,严重团聚的纳米颗粒将不再是纳米粒子。二次粒径可以用,动态光散射仪,或者ZetaPlus,ZetaSizer这一类的激光粒度仪来检测,不过普通的激光粒度仪只能检测0.5um的尺寸,对于纳米产品必须是最好的检测设备,一般价格会达到几十万美金。不过一般客户可以联络当地高校和研究机构,进行检测。二次粒径一定会大于等于一次粒径,只有二次粒径小于30nm情况下,我们认为纳米效应才是有效的。
   比表面积
     比表面积就是表面积和质量的比,一般用cm2/g来表示。有些比表面积是通过BET吸附法检测的,这类出现的数值是实测值。有些产品是通过粒径进行估算的,这类就是估计值,如果用一次粒径估算,比表面积就会很大,用二次粒径估算,就会偏小。也有的产品通过BET吸附检测表面积以后,反过来估算粒径,那也会造成不小的误差。
    含量
      很多人以为,光触媒含量是越高越好,好像含量低了自己就吃亏了,其实不然。实际民用的水分散纳米光触媒,含量一般在0.2%-0.8%(wt)之间,超过这个限度会造成严重团聚,也会需要加入表面活性剂以防止沉淀,而表面活性剂一般都是有害化合物,从而产生二次污染。我们可以参考一下日本光触媒领域前4名的企业,民用常温光触媒产品的浓度:石原产业[0.2%],东陶[不对外销售民用光触媒溶液,直接整合入产品] ,昭和电机[1.5%],住友化工[0.8%]。我们可以发现,纳米光触媒产品的含量并非有些商家宣传的越高越好。在日本,高浓度的光触媒30%以上,作为工业浓缩型,是需要稀释的,这类产品加入强酸[PH<2]以造成排斥力,阻止高密度纳米颗粒团聚。而我们也注意到,某些国内的厂家使用普通亚微米级钛白粉,加入强酸作为光触媒销售,这类产品特征是浓度非常高[因为不是纳米产品],颜色很白,容易沉淀。二次粒径小一倍的产品,单从反应单元来看,就能增加4倍活性,加之量子尺寸效应和比表面积效应,活性提高10倍以上。也就是说,10nm的0.8%的含量,相当于20nm产品8%的含量,40nm产品80%的含量。希望大家能够理性的看待光触媒的浓度。
      PH值
      PH值也是大家非常关心的指标。国内许多厂家鼓吹PH=7的中性产品,其实PH=7并非简单的表示中性,其后有许多因素的影响。PH值是溶液中OH-的对数指标,表明溶液的酸碱度。目前,较为先进的光触媒产品,放弃了大量使用表面活性剂的方法,而是采用调整纳米颗粒Zeta电位的方法,稳定分散纳米光触媒产品,这就带来了PH值的上升,但是可以减少二次污染所以被广泛采用。而PH=7的产品一般有很浓的醇的味道,含有大量的表面活性剂,对环境是有害的。请参考日本前3大零售民用光触媒产品PH值:石原产业[8.5],昭和电机[9.5],住友化工[8]。
   成分
     目前,复合型光触媒已经进入实际应用阶段,但是如何分辨自己的产品是否是复合光触媒呢?复合光触媒有很多种,但是有的北京除甲醛公司宣称能够将这些不同的工艺全部复合在同一款产品上,如何鉴别这种说法的真伪呢?我们可以进行一次XPS[X光电子能谱]的检测,检测产品中所含的元素是否和商家的标称一致,XPS可以显示出元素的结合状态,基本可以判断复合光触媒产品的主要成分。
      吸收光谱
      吸收光谱能够反应光触媒对光的吸收程度,一般二氧化钛光触媒吸收边起点在380nm,而纳米二氧化钛则会产生量子尺寸效应发生蓝移,吸收边可能在340nm或者更短,这也是判断产品纳米性能的一种手段,不过要注意的是,可见光产品的吸收边会向更长的方向移动,并非代表这类产品性能不佳,可见光产品反而是更有价值的产品,一般吸收边会在500nm很容易和劣质的体相光触媒380nm进行区分。值得注意的是,很多化合物会影响吸收光谱,所以光谱一般作为参考之用。注意在可见光下吸收也不完全等同于在可见光下有活性。
      晶型
      只有锐钛或者金红石的纳米二氧化钛产品才有光催化效果,无定形的产品是只有微弱活性的,一般需要高温定型以后才能有效,而高温定型一般会带来纳米颗粒的疯狂长大。所以无定形颗粒的尺寸和结晶颗粒的尺寸是有很大差异的。如何鉴别纳米晶体的类型或者纳米晶体和非纳米晶体呢?我们还是用到XRD这个工具,XRD可以得出完整的2theta图谱,与标准谱进行比较就可以得到结论,由于XRD的价格一般也在50万美元以上,可以求助当地的高级科研机构进行协助检测。
 

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