上海申得欧有限公司：王小蜀
摘要：本文阐述了可见光催化技术使用在涂料中对于改善室内空气质量的原理，提出了在非紫外光（UV）照明条件下，通过涂刷有光催化效果的乳胶漆在墙面上，以达到长期净化室内空气质量的目的。并论证了净化空气质量的过程中不产生第二次污染，为室内空气净化技术带来了新思路、新手段。
关键词：可见光催化、净化空气、纳米TiO2、生态漆
一、引言
自2001年国家颁发了《室内装饰材料.内墙涂料中有害物质限量》的强制性标准实施以来，在执行的5年多时间里，国家对于室内装饰材料中常见的有害物质的限制，要求越来越高，在表1的不同标准的比较中，则可见一斑。随着人们生活水平不断提高，人们更加关注自身生存环境的安全性。众所周知，人一生在室内的时间约占人生中三分之二之多，室内装修材料如地板、油漆及各种地毯、皮革的粘结剂，会长期缓慢地释放有害物质，如甲醛及挥发性有机物VOC等。以甲醛为例，当人吸入后，初期感觉会咽喉刺激，产生咳嗽，长期吸入造成呼吸困难，严重时甚至转变成喉癌。
医院，作为一个特殊的公共场所，无论医务人员还是候诊病人，主要的活动场所均在室内。一方面，上面谈到的使用于室内装修材料会有挥发性有害物质产生；另一方面，为了防止交叉感染，医院常常定期进行消毒处理，消毒剂在空气中也会有残留，因此，医院的污染来源比普通公共场所会更多。从国家对医院的空气质量要求的标准看，医院公共空间对空气质量要求更高。（见表2）
如何能使室内长期保持洁净，克服净化方法本身产生二次污染，新的空气净化技术一直受到业界广泛关注。随着纳米技术、光催化技术在各行各业应用中取得的进步，光触媒除菌、纳米防臭等等新技术已不再那么陌生。而把光催化技术应用在涂料中，德国STO公司迈出了重大一步，公司新一代的乳胶漆------可见光催化生态漆StoColor
Climasan，能在非紫外光（UV）照明条件下，将室内存在的有害物质如甲醛、苯系物及VOC等分解为无害的H2O和CO2，清除房间内的异味，达到净化空气的目的。
二、 光催化技术的作用原理
光催化技术是指利用不同光源照射某些物质使之具有催化反应功能的技术，故光催化技术又称光触媒技术。能在光作用下具有催化功能的物质叫光触媒或光催化剂，光催化反应具体过程见图1。
从图中可见，该光催化反应进行必须具备的条件：
1、光的波长范围为≤388nm；
2、有半导体性能的材料。
反应过程为：
光(≤388nm紫外光）+ 纳米锐钛型TiO2（禁带宽度3.2eV）→价带（带正电的空穴h+）+ 导带（带负电的高活性电子e-）
（e- ）+ H2O(OH-)→HO?
（h+ ）+O2→?O-2
这些自由基HO?，?O-2的氧化键能都在500KJ/mol以上。表3显示出了有机物化学键的键能，通常，有毒有害物质也会有这些化学键。
表3：有机物化学键键能
化学键 C-C C-H C-N C-O O-H N-H
键能/KJ/mol 347 414 305 351 464 389
以甲醛为例，在高能量的自由基HO?，?O-2存在的条件下，甲醛的官能键断裂生成小分子的CO2 和H2O，具体反应如下：
HCHO（官能团H-C=O）→二氧化碳（CO2）+水（H2O）
结果，由有害变无害。
类似地，其他有害物质如苯类物质、VOC、氨及二氧化氮等均以上述反应方式被降解，这就是光催化技术可净化空气的理论基础。
三、可见光催化技术的特点和优势
从光催化反应的过程中我们了解到紫外光（波长<388nm）在反应中所起的重要作用，那么可见光与紫外光有何不同之处呢？这需要分析紫外线、可见光和红外线波长的分布，具体见图2。
紫外线波长在100-400nm，包括近紫外线UVA(波长315-400 nm)、中紫外线(波长280-315
nm)及远紫外线UVC(100-280nm)；红外线波长在760-1000 nm；可见光波长在400-760nm区段。
从光谱看，只有紫外线的波长符合上述光催化的能级要求，即波长<388nm。由此可见，紫外线在光催化技术中的优势，所以以紫外线为前提的光催化技术已不是新的技术，应用已有多年。
当将上述技术直接应用在室内时，有什么问题存在呢？众所周知，室内不需要也几乎不存在紫外线，因为紫外线具有较高的能量，会对人及生物物种造成伤害。如何使光催化反应能在非紫外光条件下的可见光区能进行呢？从光催化反应的条件看，当缩短禁带宽度（3.2ev）后，光催化反应需要的能量可以降低。随着这些年纳米技术等无机材料科学课题的深入研究和取得的成就，实验证明，通过掺杂稀土元素在纳米级锐钛型的TiO2中，其禁带宽度可以变窄，为利用可见光创造了条件。该技术应用到涂料中时，还需要解决的诸多问题如1）纳米级锐钛型TiO2在涂料中能分散，并稳定地保持下来，以达到一定的催化活性；2）光催化涂料能降解有机物，同样也要降解涂料中的有机物，如粘结剂，有机颜料等，二者之间如何做到平衡等问题。德国STO公司成功解决上面的问题，研制出了可见光催化即非UV紫外线条件下的乳胶漆，即StoColor
Climasan康乃馨生态漆。
康乃馨生态漆StoColor Climasan可见光催化生态漆的益处还体现在：(1)在光触媒反应过程中，二氧化钛不参与反应，只起催化媒介作用，其本身并不随时间延长而消耗，因此只要涂刷在墙面的漆膜无损坏，使用寿命会持久保持；(2)完全无害，由于纳米二氧化钛本身不释放出有害物质且本身不参与反应，在反应过程中将所作用的物质完全氧化成无害的二氧化碳和水等无害物质，因此光触媒作用对环境完全无害，不会产生二次污染。
四、可见光催化生态漆StoColor Climasan的性能
来自权威机构------中国疾病预防控制中心测试结果证明：涂有Sto康乃馨生态漆的的室内，对室内常见的有害物质如甲醛、VOC、氨、二氧化氮等有降解能力，其速度可达每小时30%以上。
国际环境监测机构测试结果也显示：在涂有Sto康乃馨生态漆的室内，几天就可以使室内总体的有害挥发性化合物甲醛、甲苯、酮等下降80%以上。
StoColor Climasan的细菌测试表明：金黄色葡萄球菌6小时为100%，大肠杆菌6小时为100%。
除了上述特殊净化功能外，它也能符合国家建筑装饰内墙涂料的理化标准和环保要求，具体测试数据见表4。这一结果保证了该涂料的施工与普通涂料无异，不会产生额外的使用和施工成本。
五、结论：
德国STO公司的新一代乳胶漆------StoColor Climasan康乃馨生态漆，可以在非紫外光存在的可见光条件下应用，当室内存在甲醛、VOC、氨及二氧化氮等有害物质时，其降解速度达每小时30%以上，同时有抗菌作用，还是零VOC的产品。它是一种新的室内空气净化手段，并且具备普通内墙涂料的理化功能和环保功能，施工简单容易，不需要额外的施工成本，在施工过程中本身无污染。我们期待着这一新技术能在室内装修中广泛应用，促进室内装修在正确选材上健康和谐的发展。
