“吃掉”有机污染物 “消化”成无污染物

　　“吃掉”有机污染物 “消化”成无污染物
　　——记中国建材总院高活性可见光催化材料研究

　　中国建材总院绿色建筑材料国家重点实验室

　　在第20届中国科协年会闭幕式上，中国科协副主席、国际宇航科学院院士李洪对外发布由中国科协组织征集遴选的60个重大科学问题和重大工程技术难题，涉及公共安全、空天科技、信息科技、医学健康等12个领域。李洪说：“这些（问题）代表了我国科技领域真正的‘硬骨头’”。

　　中国建筑材料科学研究总院有限公司（以下简称中国建材总院）提出的高活性可见光催化材料，被列入60个重大科学难题之一。

　　高活性可见光催化材料是一种什么样的材料，为什么研究该材料，这种材料研究的科学问题、技术难度点在哪？笔者就此进行了深入了解。

　　关乎国计民生的大事

　　“高活性可见光催化材料”是一种利用光催化技术的原理，在可见光或者LED灯下，能捕获有机污染物，通过氧化还原反应将有机物完全分解为无污染的CO2和水。这种材料与吸附型的净化材料有明显区别。

　　吸附型净化材料，只是将污染物吸附到吸附剂中，虽然污染物发生转移，但并没有被分解，同时材料饱和后将不再吸附，对污染物不再具有净化效果。高活性可见光催化材料则将污染物通过化学反应分解为无污染的无害物，达到降解作用，也不存在吸附饱和问题，如果材料稳定，将会一直分解有机物，起到永久净化的目的。

　　因为能有效去除污染物，高活性可见光催化材料研究也成为关乎国计民生的大事。

　　目前，室内污染是人类健康的一大杀手。据流行病学统计，在我国，白血病的自然发病率约为十万分之四，每年新增约4万名白血病患者，其中40%是儿童。医学界普遍认为，除了家族遗传，环境污染应是儿童白血病的重要诱因。

　　家庭装修会带来室内环境污染。资料表明，居室中常见的有害物质，仅美国环保署正式公布的就有189种，其中危害较大的主要有甲醛、苯系物、氨、三氯乙烯和石棉等。

　　如果将高活性可见光催化材料用于室内涂装材料，能有效降解室内有机污染物。

　　对建筑外墙，高活性可见光催化材料也能起到清洁以及缓解大气污染的作用。

　　它能将自然界存在的太阳光能转换为化学反应所需的能量，用于发生催化作用，使周围的氧气及水分子被激发成极具氧化力的OH·及O2-自由基离子，不仅能起到净化作用，还能缓解大气污染，并将能源有效利用。

　　水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的最重要的物质资源之一。

　　“高活性可见光催化材料”还能用于水污染净化，将水体中有机物包括液相染料、重金属等完全降解或无害化。” 中国建材总院水泥科学与新型建筑材料研究院环境材料科学与工程研究所所长、博士生导师冀志江教授举例说，偶氮芳香染料如甲基橙和亚甲基蓝，是造纸、皮革、化妆品、药品和其他工业中最主要的有毒污染物和合成染料。直接排放未经处理的染料会毒害水生生物，并间接影响人类健康。

　　基础研究存在三大瓶颈

　　然而，目前国内外对“高活性可见光催化材料”的认识多局限于基础研究。真正实现产业化应用的研究成果还比较少，现已成为全人类面临的一个急需解决的重大科学难题。目前国内外研究存在三大瓶颈：

　　一是光催化效率有待提高。光催化效率是评定一种催化剂性能的重要指标之一。光催化效率高就能短时间内将有机污染物完全降解，及时有效地缓解环境污染问题。同时高效率的催化剂可用较少的量发挥更大的净化作用。

　　二是实现可见光催化难。普遍的光催化材料在紫外光条件下活性较高，而在可见光下活性很低，例如大家普遍认可的在紫外光下高效的光催化剂——商用P25，然而紫外光在太阳光中仅约占5%，所以在太阳光下，这种催化剂光利用效率很低，光催化效率也低，大大限制了它的应用。若催化材料在可见光下活性高，那么在LED灯下就能净化空气污染物，从而室内空气污染问题就迎刃而解。

　　三是难以实现工业化生产。实验室研究可以不考虑成本、能耗、环保、稳定性等问题，进行了一百次实验，成功了一次就是成功了，但只证明了可行性。在实际放大生产过程中，制备条件并不能像实验室条件可控以及稳定，存在很多不可控的因素，因此开发一种可行的、稳定的制备方法是实现光催化剂工业化应用的关键问题所在。同时工业化生产中还要考虑成本、能耗、环保、产率、技术可操作性、稳定性等问题，进行了一百次工业化生产，如果有一次不成功那就是百分之一不合格。