近年來(lái)，大氣污染、水污染、病毒感染、室內污染綜等對環(huán)境的污染問(wèn)題在全球范圍內擴展、成為威脅人類(lèi)生存的嚴重的問(wèn)題。由于垃圾焚燒場(chǎng)排放出的二惡英、船底防污涂料所使用的有機錫、滴滴涕（DDT）以及六六六（BHC）等農藥、造紙廠(chǎng)排放的廢水、建筑材料中使用的溶劑、粘著(zhù)劑、廢氣排放中的苯并芘等各種各樣的化學(xué)物質(zhì)擾亂人的內分泌，而引起過(guò)敏癥以及過(guò)敏性皮炎和化學(xué)物質(zhì)過(guò)敏癥等疾病，這些污染處理起來(lái)非常困難。SARS和禽流感帶來(lái)人類(lèi)傷亡、巨大經(jīng)濟損失，人類(lèi)還沒(méi)有找到一種最好的辦法對付突于其來(lái)的新病毒襲擊人類(lèi)的辦法。

對環(huán)境污染物的傳統處理方法不外乎收集、濃縮和焚燒處理，如果用同樣的方法來(lái)處理，由于污染范圍極廣，必須對大量的水、大氣和土壤進(jìn)行處理。從而消耗大量能源和放出大量的二氧化碳氣體，更嚴重的是伴隨焚燒處理還可能產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì)。因而如果用傳統方法來(lái)處理環(huán)境污染物時(shí)，人類(lèi)將面臨能源危機、地球溫暖化和更進(jìn)一步污染環(huán)境的危險，因此，必須尋求新的、行之有效的環(huán)境凈化技術(shù)。

由于光觸媒不消耗地球能源、不使用有害的化學(xué)藥品，而僅僅利用太陽(yáng)光的光能等就可將環(huán)境污染物在低濃度的狀態(tài)下清除凈化，并且還可作為抗菌劑、防霉劑應用，因而成為環(huán)境凈化技術(shù)中的一個(gè)亮點(diǎn)。人們常說(shuō)，21世紀是環(huán)境的世紀，將是環(huán)境保護的世紀，光觸媒技術(shù)作為對環(huán)境友好的環(huán)境凈化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，在世界中的任何地方只要有光就可使用光觸媒技術(shù)，因此，可以預期光觸媒技術(shù)將在今后有更大的發(fā)展。

二、光觸媒的特點(diǎn)

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物而使其發(fā)生化學(xué)反應的一類(lèi)物質(zhì)。半導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)美國認證對人體無(wú)害，用于口紅和防曬霜中。光觸媒在光照結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的氧化能力，可以分解有機物，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

光觸媒反應的研究始于上個(gè)世紀50年代，當時(shí)是為了解決由于無(wú)機化合物導致的光分解反應，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90年代初也開(kāi)始在這一方面進(jìn)行研究，并報告了使用光觸媒對含氯有機物、農藥、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)驗結果。90年代中期，德國成功開(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)，德國在二氧化鈦光觸媒在大氣凈化研究上的應用取得了進(jìn)展，使用二氧化鈦光觸媒在自?xún)艋矫娴膽煤彤a(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。我國在這一方面研究技術(shù)與國外相當，產(chǎn)業(yè)化方面落后于歐美等發(fā)達國家，近幾年來(lái)國家對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模生產(chǎn)能力。

四、日益擴大的光觸媒市場(chǎng)

光觸媒用光照射時(shí)產(chǎn)生比臭氧還強的氧化能力，幾乎能殺滅物體表面所有的細菌和病毒，并能分解細菌死后留下的內毒素，最終將細菌和病毒分解成二氧化碳和水?？梢院芎玫奶幚砣祟?lèi)病毒的相互交叉感染。它能夠將所有的有害有機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)反應的發(fā)生，其作為一種對環(huán)境友好并能與人長(cháng)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(cháng)。光觸媒陶瓷、光觸媒紗布、光觸媒手機、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)品日益受到消費者喜愛(ài)，光觸媒產(chǎn)品市場(chǎng)規模應該更加擴大化，將會(huì )成為市場(chǎng)的潮流。

五、光觸媒的應用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

光觸媒的應用范圍包括抗菌、防霉、空氣凈化（除臭、排氣凈化）、自?xún)艋?、防霧、大氣凈化、水處理等廣泛的領(lǐng)域、隨著(zhù)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理用品，這將伴隨人口老齡化而成長(cháng)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的氧化能力，發(fā)揮抗菌作用而使細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。傳統的抗菌劑是通過(guò)藥效成分的溶出釋放而阻止細菌的發(fā)育或殺滅細菌。用從餐具鉛溶出實(shí)驗同樣的方法測試表明：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)驗證明將光觸媒涂于陶瓷表面后再進(jìn)行燒結，它的抗菌效果相當好。

（3）由于二氧化鈦作為催化劑（光觸媒）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、使作為細菌或霉菌的食餌的有機物分解，也使細菌或霉菌釋放出的毒素分解。而且，還能破壞癌細胞、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99%以上。納米級二氧化鈦在微弱的光照下就能夠有很強的殺菌能力，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，能抑制藻和水青苔的水槽、能防止水變質(zhì)和花長(cháng)期保鮮的花瓶已經(jīng)面市銷(xiāo)售、在混凝土、涂料上的應用研究也已開(kāi)始。

2、空氣凈化（除臭、氣體排放凈化和室內污染綜合癥對策等）

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，在我國人們的意識還沒(méi)有達到這一步，相信不久的將來(lái)光觸媒也會(huì )走進(jìn)我國百姓的家庭。

3、自?xún)艋c防霧

用光觸媒可以分解污物，據此，可制備自?xún)艋牧?。尤其是對于一點(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(zhù)在牙齒上的污物分解、變白，這項功能已應用于牙科美容。

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(zhù)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，光觸媒可應用于牙科美容使牙變白。對于假牙，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，當陽(yáng)光等光源照射時(shí)，假牙上附著(zhù)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，已引起數起公害訴訟而成為嚴重的問(wèn)題。如果應用二氧化鈦光觸媒，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)，就這樣可持續不斷地進(jìn)行光觸媒反應，從而除去大氣中的氮氧化物或硫氧化物?，F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(zhù)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，該法對于含氯有機物的處理還很困難，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。開(kāi)始的實(shí)驗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(zhù)僅由二氧化鈦成膜的光觸媒的開(kāi)發(fā)成功才真正應用于水處理。

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(cháng)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、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以及牲畜房的尿處理系統等都在開(kāi)發(fā)進(jìn)行中。還有將地下水中的有機溶劑蒸發(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，如何處理廢棄物設施的焚燒爐的廢氣中的二惡英已成為嚴重的問(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重超標的二惡英，為此，應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(cháng)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庫等地方使用使水果和糧食可以長(cháng)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)還能防止倉庫內細菌和霉等的繁殖以及除臭等，使產(chǎn)品品質(zhì)穩定的同時(shí)還能舒緩作業(yè)環(huán)境，并使各種農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(cháng)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)數不勝數，它可以安全廣泛地應用在環(huán)境保護的各個(gè)方面、是21世紀最有希望的技術(shù)之一、目前，各種各樣的產(chǎn)品已在市場(chǎng)上出現。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?，在設備剛完畢時(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。目前我國還沒(méi)有一個(gè)統一的有光觸媒性能評價(jià)的試驗方法，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)量標準，這嚴重阻礙了光觸媒市場(chǎng)的健康發(fā)展，希望我國盡快出臺光觸媒產(chǎn)品的評定標準。

目前，光觸媒應用技術(shù)的開(kāi)發(fā)正在全力推進(jìn)中。隨著(zhù)光觸媒技術(shù)在世界各國的普及，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(cháng)。隨著(zhù)光觸媒的開(kāi)發(fā)和普及、擴大影響，將促進(jìn)地球環(huán)境的改善。