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東莞市宏源凈化設備有限公司
閱讀:1029發布時間:2012-12-26
在商業炒作之下,光觸媒被嚴重誤解了,一些人把“光觸媒”和“光觸媒產品”混為一談,讓消費者產生了迷惑,弄不清除到底光觸媒是什么。這里針這些流傳有誤的觀點做個分析,希望對環保行業的工作者有所幫助。
首先,我們先普及一下光觸媒的化學知識。什么是光觸媒,光觸媒有多少種,主要有哪些用途。
“觸媒”在化學上稱之為催化劑,光觸媒就是光催化劑的意思,也就是說自然界中有一類物質在光照之下會起到催化作用,促使其他物質之間的化學反應得以進行。但是,作為催化劑本身并不參與化學反應,只是為其它物質之間的化學反應營造了一個反應條件。另外,這些化學反應的發生僅有催化劑還不夠,還需要溫度、相互接觸等等其它一些條件才能進行。光觸媒是一類化學工業廣泛使用的原材料,種類繁多,其中包括氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2),硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體,他們一般是呈現粉末狀固體。
納米*(TiO2)是一種半導體,分別具有銳鈦礦(Anatase),金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構,其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。在化妝品、涂料、室內環保、食品添加劑等領域一般作為調色劑、物理防曬劑、光催化劑等使用。zui顯著的特點,*是地球上白度zui高的物質。納米*平均粒經10nm左右時,具有十分寶貴的光學性質。由于它的透明性和防紫外線能力高度統一,在防曬護膚、轎車面漆、涂料、油墨、塑料、精細陶瓷等方面獲得了廣泛的應用。
納米氧化鋅(ZnO)粒徑介于1-100nm之間,是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品,表現出許多特殊的性質,如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等,利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能,可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。在橡膠、陶瓷、紡織、印染、國防工業領域具有廣泛的應用。
納米氧化錫(SnO2)是白色、淡黃色或淡灰色四方、六方或斜方晶系粉末,用于搪瓷和電磁材料,并用于制造乳白玻璃、錫鹽、瓷著色劑、織物媒染劑和增重劑、鋼和玻璃的磨光劑等。
納米二氧化鋯(ZrO2)呈高純度白色粉末狀,無臭、無味。低溫時為單斜晶系,高溫時為四方晶型。在1100℃以上形成四方晶體,在1900℃以上形成立方晶體。能溶于硫酸、氫氟酸、熱的鹽酸和硝酸中,也能溶于熔融的硫酸氫鉀。相對密度ds=5.85,熔點2680℃,沸點4300℃。具有高的折射率(折射率2.2)和耐高溫性。有良好的熱化學穩定性、高溫導電性和較高的高溫強度和韌性,具有良好的機械、熱學、電學、光學性質。其中HT-ZrO-01為單斜晶型,HT-ZrO-02為四方晶型。納米氧化鋯顆粒尺寸微小、是很穩定的氧化物,具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫的性能,可用于功能陶瓷和結構陶瓷,以及寶石材料。
納米硫化鎘(CdS)黃色或微黃色,廣泛用于太陽能電池,半導體材料,可見光波段光電器件,自動照相機控制照度計,光導鼓,激光調制池,可見光探測器,激光窗口材料,紅外雙色探測器,光致發光,電致發光,陰級射線發光材料和顏料等的制造。
一些商業炒作,使光觸媒在消費者心目當中出現了概念混淆,以下我們請專家針這些流傳有誤的觀點做個分析解答,希望這些疑惑能夠被澄清。
【錯誤觀點一】:光觸媒就是納米*,納米*就是光觸媒?
【解答】:光觸媒是一種化工原材料,種類繁多,包括氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2),硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體,他們一般是呈現粉末狀固體。納米*,如果平均粒徑在50-10納米左右,具有較好的光催化作用。納米*是光觸媒的一種,也是zui常用的一種,但是不能說光觸媒就是納米*,它們的概念是包含的關系。另外,我們在化妝品防曬油中經常使用的納米*是化妝品級的,平均粒徑在30納米左右,不具有光活性,主要是起到阻擋紫外線的作用。
光觸媒產品則是指包含某一種或多種光觸媒原料的產品,是一種復合的配方。如果把光觸媒原料直接倒在水里就稱之為光觸媒產品,那么,市面上的光觸媒產品質量*可以一樣,事實上并非如此。光觸媒產品的制造過程中,制造納米原材料只是工藝過程中的重要步驟之一。新制備的納米材料,如果不能和后續的生產工藝有效結合,那么可能會發生團聚,若想再次分散開來將是一件很難的,這和整個生產工藝的設計密不可分。防止團聚的工藝方法各個企業不盡相同,有的采用硅烷化處理納米顆粒表面,有的采用分散劑穩定膠體乳液,也有的采用超聲波等技術。隨著科技的進步,新的生產工藝也在不斷探索之中。
【錯誤觀點二】:看光觸媒是否分層,用離心機旋轉10分鐘,若出現分層的光觸媒一定含有分散劑,未出現分層的光觸媒不含分散劑。光觸媒不含分散劑?
【解答】:首先,這里錯誤的將光觸媒與光觸媒產品混為一談。光觸媒有很多種,包括氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2),硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體,他們一般是呈現粉末狀固體,的納米粒徑非常小,粒徑在10納米以下的光活性高。納米*因其價格低、性質穩定,所以比較常用,好的原料平均粒徑應該在7納米上下,分布范圍窄。也有采用其它光觸媒原料制造“光觸媒產品”的技術,性能與其復合配方中物質的相互作用有關,屬于各企業的核心機密,在一些專業論文中,我們或許有機會能了解到一些。
第二,“光觸媒類產品”是否分層,是否采用分散劑,取決于該產品的設計思想。分散劑的選擇也有極多的品類,在不同的應用環境下,也應該選擇不同的分散劑。例如,水性、油性之分,酸性、堿性之分,不同環境下顯然應該采用不同的分散劑。分散劑是一種助劑,當然要選擇對產品性能沒有干擾的品類,如果選錯了會影響產品性能,但是現代科研環境下一般不會犯這樣低級錯誤。另外,如果不加分散劑,也不能就說質量好。比如,大多數化妝品種,都含有分散劑,產品質量好壞不能說是由一種助劑決定的。很多光觸媒產品在制造過程中也可能會使用分散劑,實驗室測定結果,正確使用分散劑對產品穩定性有幫助。其原理很簡單,納米材料分散在水性或油性液體里面,并不是食鹽溶解在水中的那種真溶液,而是一種“膠體乳液”狀態。膠體在鹽離子的作用下,會發生膠體的凝聚,這是膠體本身的基本特性。
阻止膠體凝聚有兩種方法,一種是對納米粒子表面進行硅烷化處理,另一種是加入分散劑,當然兩種方法也可以結合使用??傊蛔柚鼓z體凝聚,光觸媒產品穩定性就不好,凝聚的納米顆粒不再具有良好的光催化效果。
【錯誤觀點三】:盛少量光觸媒到坩堝,用酒精燈進行充分加熱,若殘留物呈黑色灰燼狀,則含黏結劑,否則無黏結劑。光觸媒不含黏結劑?
【解答】:這種方法并不見得可以鑒定黏結劑的存在,如果有殘余黑色物質,也可能是“光觸媒產品”復合配方中某種原材料,這個觀點還是偷換了“光觸媒”和“光觸媒產品”的概念。我們不知道每個光觸媒產品的配方組成和制造工藝,所以,無法斷定這些殘余物質是什么,在方劑中是做什么用的。若想加以分析,應該到專業的科研機構,采用液相色譜、氣象色譜、原子吸收、掃描電鏡等現代實驗室分析檢驗技術,或許可以進行配方逆向分析,其結果可能與膠粘劑的預測大相徑庭。
【錯誤觀點四】:看是否有氣味?如果打開光觸媒包裝的瓶蓋,有酒精味、樹脂味、或其它有機物氣味,則為劣質光觸媒。光觸媒為無味的水溶液?
【解答】:在自然界中,納米*光觸媒原料肯定是沒有氣味的,但是光觸媒產品有沒有氣味就不一定了。如果是簡單的把納米*放在水里,攪拌一下,也肯定是沒有氣味的,但是這并不是“光觸媒產品”,這樣的技術還能稱之為產品制造。
那么,“光觸媒產品”制劑是否有氣味呢,那要看該廠家產品的配方組成,國家沒用相關標準做這方面限制。假如有的話,我相信各個生產廠家也可以做到,無非是不采用有氣味的輔助原材料罷了。所以說,有沒有什么氣味只能定論為不同廠家產品之間的一個差別,并不是鑒定產品好壞的依據。
【錯誤觀點五】:光觸媒是否呈現中性?測酸堿度PH值,若光觸媒PH值在5以下或者大于9,腐蝕作用明顯,可能使墻面或家具、織物表面變色。的光觸媒產品是中性的,PH值接近7,一般6-9之內也可以,不會對物體產生腐蝕作用。
【解答】:還是混淆“光觸媒”原料和“光觸媒產品”的概念。光觸媒納米顆粒本身大多是中性的,但也有為了特定環境下使用的需要,對其顆粒表面進行硅烷化處理,使其呈現不同的PH值特性。不但如此,有些還要做成親油性表面,有些要做成親水性表面,例如,防曬油中的納米*顆粒,大多做成親油性表面。
另外,中性溶液不會腐蝕物體,這個觀點也沒有科學依據。我們都知道海水對船舶的腐蝕就很嚴重,腐蝕的發生取決于水中溶氧量、溫度、鹽類和電化學特性,屬于電化學研究范疇。再比如,雙氧水呈現中性的環境里也是無色透明,但是氧化性仍然可以嚴重腐蝕織物或者金屬,我們洗衣常用的漂白水,大多也呈現中性,但是也具有很強的脫色作用。自然界中,物質結構紛繁復雜,科學界也在不斷探索,簡單以PH值做腐蝕定論是沒有科學依據的。電化學是化學領域重要的分支學科,國家中科院設立腐蝕所等科研機構,有些科學家為此付出畢生精力,如果是PH值這么簡單就不必了。
(注)雙氧水在pH值為3.5~4.5時zui穩定,在堿性溶液中極易分解,在遇強光,特別是短波射線照射時也能發生分解。當加熱到100℃以上時,開始急劇分解。
【錯誤觀點六】:劣質光觸媒在陽光的直射下幾小時內變黑,這是因為*在光照下會發生光催化反應,氧化了其溶液中的有機物成分。光觸媒在光照下不會變色。
【解答】:這是一個自相矛盾的論述。如果“光觸媒產品”種采用了高活性,粒徑小于10納米的*原料,那么它催化分解水中部分有機物是必然的,但是,是否呈現黑色就不一定了,或許還是白色或無色。假如以這個標準定論“光觸媒產品”的優劣,那么采用低活性、大粒徑的納米*,其降解有機物能力非常弱,那么,在光照之下該“劣質產品”也不會變“黑”,因為并沒有發生催化反應,那我們能說這個產品好嗎,顯然不能。所以,這樣看來不能光照變黑的產品,更可能根本就是假冒的。如果該配方的研制有意規避這個問題,納米“劣質光觸媒產品”也可以蒙混過關了。所以這個觀點是自相矛盾的,一個錯誤的觀念很可能會被不法分子所利用欺騙消費者。
【錯誤觀點七】:劣質光觸媒狀態如糊狀、較稠、有一定粘性。光觸媒狀態如水,基本沒有粘性。
【解答】:還是對“光觸媒”原料和“光觸媒產品”的概念加以混淆,納米*光觸媒本身即不是粘的也不是稀的,是白色粉末狀的。這里再次強調,光觸媒有很多種,常用的納米*是固體粉末。各大企業制造出來的產品,因其配方和生產工藝不同,應用的領域和使用的方法也不盡相同,呈現什么狀態取決于復合配方的構成。簡單的說,把*粉末簡單加入水中攪拌一下,絕不會粘稠,但也絕不是可以拿來使用的產品。在光觸媒產品中,一般來說,納米*僅僅是其中一種組分,是不是zui主要的配方基礎原料取決于各廠家的工藝和配方的設計思想,*也不是催化劑,催化劑都是有一定適用范圍的。
就光觸媒產品性能來說,單純水性的光觸媒產品,其應用領域受到很大限制的。因為在油漆等憎水性物體表面,單純水性乳液不具有分散性,與家具油漆表面產生相互排斥作用,不能形成很好的接觸,只能用于親水性的墻體表面等部位。如果要制造用途廣泛的光觸媒產品,我們需要在配方解決憎水表面分散性的問題,也可能zui終狀態已經不是水性狀態了,或許是環保有機溶劑為載體的也未可知??茖W的疆界尚未截止,它總是在不斷推翻成見的過程中發展進步的。
【錯誤觀點八】:選擇光觸媒產品之前必須要求光觸媒生產廠家出具檢測機構的三份檢測報告,即滅菌效果檢測報告、有害物質降解效果檢測報告和產品無毒試驗報告,而且,三份報告均必須印有CMA標志(國家計量認證單位標志)。
【解答】:機構的依據有其重要請,但是我們也不可迷信,要學會用科學的儀器和方法去分辨真偽。三鹿奶粉的產品質量認定書、某某雞蛋的綠色品牌等等,證書一個都不會少,但是問題仍然存在,甚至很嚴重。全面質量管理是一個系統工程,不是取得一個證書好了。國家現在在涂料和光觸媒產品制造領域,尚未有國家標準,目前,可執行的標準是輕工部GB/T2761-2006標準,光觸媒產品也不在國家生產許可證管理目錄范疇之內,各家所執行的標準都是自身的企業標準。所以,目前這些證書都是企業自身的行為,檢測標準只能是參照其他行業的標準,是依據什么行業的標準取得的證書,這里有些討論的空間。
【錯誤觀點九】:常用的光觸媒濃度為0.5-0.8%,有添加劑的光觸媒可以達到3%以上,但是有添加劑的光觸媒表面會被添加劑部分覆蓋,影響光催化性。
若無添加劑,光觸媒濃度達到1%時,性能已經非常優異。光觸媒不含添加劑。
【解答】:首先,納米*光觸媒是固體粉末,不存在溶液濃度的問題,光觸媒制成品才有濃度的問題,這個概念要分清。光觸媒產品的濃度是說在在產品中包含多少納米*的意思。至于產品中,納米*加多加少取決于該產品的配方設計及實驗,也取決于原材的產地和表面處理方法。各家生產的納米*每個批次都是有區別的,生產實踐中當然要化驗后根據指標使用,濃度值肯定是一個變數,是生產制造過程中的問題,不可以和zui終產品濃度一概而論。
另外,從常理上說,有效物質濃度越高產品成本當然也越高。我們不能說有效物質少加了反倒比多加了效果好,但也不能定論說有效物質多加了就比少加好。所以,這個濃度的問題有蹊蹺,也可能存在把缺點描繪成有點的銷售技巧。有人會說,貨真價實嘛,當然還是濃度大的好啊,我們也無從反駁,因為這符合常理。
【錯誤觀點十】:光觸媒具有良好的附著力,噴涂涼干后即可形成一層牢固的薄膜,膜層是否牢固又影響到產品能否持久地發揮效力。一類劣質光觸媒噴涂后無法形成膜層,干燥后迅速粉化。而另一類光觸媒噴涂后雖然可以成膜,但用濕布擦拭后立刻消失。這兩類產品均無法正常發揮光觸媒降解污染和滅菌作用。
【解答】:首先,這個錯誤論斷再次混淆了“光觸媒”原料和“光觸媒產品”的概念,光觸媒原料本身是粉末,沒有粘粘性,這是常理。各個廠家生產的光觸媒產品首先都要解決這個問題才能實現其產品化,這是一個企業推出光觸媒產品的前提,否則也不會推向市場。
第二,技術上講,如果成膜厚度小就不容易見到物理成膜,這也是光觸媒產品制造業追求的*目標。因為,成膜厚度大會有兩個問題,*就是膜層硬度,如果硬度低,可以適應機制底材的熱脹冷縮,但是膜層易磨損,zui終消失。如果膜層硬度高,那么不容易磨損,但是,適應底材熱脹冷縮的能力嚴重降低,熱脹冷縮系數的差異,會使膜層脫離基材,尤其是厚度大的膜層,更容易脫落。這兩個方面的問題,都會造成光觸媒制劑產品的效果無法持久。怎樣解決這個問題呢,光觸媒制造業需要技術的突破。據了解,這種技術的突破已經有些廠家實現了,采用了一些化學界前沿的科技成果,說了就是廣告了??傊S著科技的進步問題一定是可以解決的,但是以成膜厚度定論光觸媒產品好壞的觀點是錯誤的。一些產品鼓吹成膜,其更多的目的可能是封閉,而不是所謂的光催化分解。可以斷定,如果可以在基材表面形成一層厚膜,即使沒有光觸媒也一樣可以立即見效,只是不能*解決問題,膜壞了污染還會反復。
【錯誤觀點十一】:光觸媒可以把有機物分解為二氧化碳和水?
【解答】:首先,光觸媒的光催化作用確實可以把部分有機物降解,但是降解的結果并不一定是*和水,這取決于該有機物的組成結構,也可能是有機酸類、鹽類等等物質,胺類物質怎么轉化也不可能是水吧,所含的氮元素怎么辦?所以,反應條件的不同,其產物也不同。
第二,光觸媒并不能有效降解苯系物。苯的zui低反應條件是100-120度,在鉬作催化劑之下,可以和氯氣(CL2)產生加成反應,這也是工業上生產甲苯、二甲苯的必由之路。常溫下苯不與任何物質發生化學反應,當然也不可能被*催化降解。
如果可以的話,工業上生產甲苯、二甲苯等化工原料也不必這樣耗能,成本可以大大降低了,目前的化學界還沒有解決常溫下降解苯的方法。所以,清除室內苯污染,必須想別的辦法,不能依靠*光觸媒分解。
總之,隨著技術的進步,問題總是可以被那些勤奮的科技工作者加以解決。商業炒作要適度,偽科學遲早會被廣大用戶所了解。古訓告訴我們,大道不過兩三句,說穿能值幾文錢,任何神秘化產品的概念都是紙糊的,就像水變油、永動機等等科學界的笑話,現代人不會再去相信這些,我們只要用務實的眼光去看待這些概念,就可以分清哪些是商業炒作,科學和神秘永遠是對立的。另外,從事環保行業的工作者,應該加強學習,發現新的觀點要多做考證,咨詢一下行業的專家學者,或者去看看相關學術論著,就不會輕易被這些錯誤觀點所迷惑了。
【錯誤觀點十二】:光觸媒是蘭色透明溶液?
【解答】:首先,大多數光觸媒材料是白色粉末狀固體,也有的呈現微黃色例如納米硫化鎘粉末。所謂藍色透明溶液是各生產廠家的光觸媒產品可能會有顏色的區別,是各品牌產品之間的差別,所以,說光觸媒是藍色溶液的說法是一種美化某些商品的商業炒作。納米氧化鈦(TiO2)、納米氧化鋅(ZnO)、納米氧化錫(SnO2)、納米二氧化鋯(ZrO2)一般呈現白色粉末狀,納米硫化鎘(CdS)等光觸媒材料呈現黃色或者微黃色。
第二,從常理上說,以納米*為例。如果把一克納米*粉末放在10噸水里均勻分散,液體不會有顏色,太稀薄了。反過來,如果把同樣1克納米*溶在5克水里,那么乳液肯定呈現白色豆漿裝。很簡單,顏色和濃度有關,并不是很復雜的問題。
另外,各廠家生產的光觸媒產品呈現什么顏色,還與該產品種其它的原料組分有關系,可能會因為其它必要添加組分使產品呈現各種顏色,包括呈現藍色。
用高純度*加入幾種微量金屬氧化物,在800℃—1000℃下于大氣中鍛燒,即可制得膚色*,由于鍛燒過程中,金屬離子固熔到*晶格中,在酸、堿中均不溶出,在化妝品中得到應用。
【錯誤觀點十三】:光觸媒中加入一些紅墨水,用太陽光照之后顏色退去,說明是光觸媒?
【解答】:首先,這個實驗的結果在正常光觸媒產品中會出現,但是,出現這種現象并非說明光觸媒質量好,只里面有別的因素可能在其作用。比如,該產品包含一些氧化劑類物質,那么使紅墨水褪色很容易。簡單的實驗我們自己也可以做,拿一點洗衣服用的“漂白水”摻在光觸媒產品里面,這時再加一點紅墨水就會褪色,有點大師的意思了吧。
第二,現代化學研究已經不是古代化學啟蒙時代了,這些小的化學技巧如果在缺乏科學常識的時代會令人感到新奇,但是現代化學知識的普及,使紅墨水退色的方法太多了,并不是只有光觸媒可以實現,所以不能說明問題?,F代化工產品的開發,肯定需要大型儀器的輔助,也需要準確的數據,更重要的是一個嚴謹的科學態度。真正的科研工作者不會去炫耀這種結論不確定的小實驗。其實,真實數據比一些小實驗更淺顯易懂,到底是不是包含光觸媒在里面,只需要拿到科研院所做個簡單分析測試,成本也不過幾百元,國家在室內環保產品檢驗方面提供了標準的測試方法,可以去查閱一下GB/T2761-2006標準,即可一目了然。
【錯誤觀點十四】:光觸媒并沒有凈化空氣的效果
【解答】:光觸媒作為一種高科技原料,天然的特性決定了它的光催化特點,毋庸置疑。但是,各個廠家生產的光觸媒產品是否具有凈化空氣的作用,要取決于該產品的性能,包括光觸媒材料的含量、各種助劑的配比、納米顆粒表面的處理方式以及使用方法等,多種因素都很關鍵。這就像感冒藥一樣,都叫做感冒藥,但是各品牌的藥效可能存在差異。所以,我們不能說因為吃了一次感冒藥沒治好,就否定所有的感冒藥不好用,這是以偏概全,不可取。光觸媒制造業是一個龐大的產業,作為一種普通工業材料*的年產量大約為400萬噸,其價值并不是哪一家企業的產品好不好所能左右的。
【錯誤觀點十五】:光觸媒的替代產品是空氣觸媒
【解答】:空氣觸媒是一些廠家的商品名稱,自然界并不存在這樣的物質。正常的空氣成分按體積分數計算是,氮(N2)占78.08%,氧(O2)占20.95%,氬(Ar)占0.93%,二氧化碳(C02)占0.03%,還有微量的惰性氣體,如氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)等。臭氧(O3)、氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)??諝馐菑碗s的混合氣體,不能統稱為一種催化劑,所以說不存在空氣催化劑,也就是不存在空氣觸媒這種東西。常說的空氣觸媒是一種產品制劑,各廠家配方和生產工藝不盡相同,是一個商業概念的范疇。
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