近年來，大氣污染、水污染、病毒感染、室內污染綜等對環境的污染問題在全球范圍內擴展、成為威脅人類生存的嚴重的問題。由于垃圾焚燒場排放出的二惡英、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、造紙廠排放的廢水、建筑材料中使用的溶劑、粘著劑、廢氣排放中的苯并芘等各種各樣的化學物質擾亂人的內分泌，而引起過敏癥以及過敏性皮炎和化學物質過敏癥等疾病，這些污染處理起來非常困難。SARS和禽流感帶來人類傷亡、巨大經濟損失，人類還沒有找到一種最好的辦法對付突于其來的新病毒襲擊人類的辦法。

對環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處理，由于污染范圍極廣，必須對大量的水、大氣和土壤進行處理。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生二惡英等劇毒物質。因而如果用傳統方法來處理環境污染物時，人類將面臨能源危機、地球溫暖化和更進一步污染環境的危險，因此，必須尋求新的、行之有效的環境凈化技術。

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

二、光觸媒的特點

光觸媒是指可通過吸收光而處于更高的能量狀態，并將能量傳遞給反應物而使其發生化學反應的一類物質。半導體和金屬化合物等是常用的光觸媒材料、其中最常見的是二氧化鈦。二氧化鈦廣泛用作染料、牙粉、食品添加劑等，是一種安全無毒、價廉耐用的物質，納米二氧化鈦通過美國認證對人體無害，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產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能就能將擴散了的環境污染物安全有效地處理并且可半永久化循環使用等眾多的優點。

三、光觸媒開發的足跡

光觸媒反應的研究始于上個世紀50年代，當時是為了解決由于無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題而展開的。直到70年代末才開始積極利用光觸媒反應來處理有害化學物以及進行環境凈化等方面的研究，在我國90年代初也開始在這一方面進行研究，并報告了使用光觸媒對含氯有機物、農藥、二惡英等將近100多種物質進行分解和無害化處理的實驗結果。90年代中期，德國成功開發了膜狀二氧化鈦光觸媒使光觸媒立即進入了實用化階段。同時，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展，使用二氧化鈦光觸媒在自凈化方面的應用和產業化上取得了進展。近幾年來科學技術發展，光觸媒研究也得到了相當迅速的發展，科學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與國外相當，產業化方面落后于歐美等發達國家，近幾年來國家對光催化研究投入大量人力物力，在可見光光觸媒原材料方面也有規模生產能力。

四、日益擴大的光觸媒市場

光觸媒用光照射時產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。可以很好的處理人類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毒無臭的物質。只要在光照射下，光觸媒就能引起有害物質分解等化學反應的發生，其作為一種對環境友好并能與人長期共存的環境凈化材料而迅速引起世人的注目。

近年來，利用這類光觸媒原理的相關商品市場正在急速成長。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良性能的光觸媒產品日益受到消費者喜愛，光觸媒產品市場規模應該更加擴大化，將會成為市場的潮流。

五、光觸媒的應用和產業化進程

光觸媒的應用范圍包括抗菌、防霉、空氣凈化（除臭、排氣凈化）、自凈化、防霧、大氣凈化、水處理等廣泛的領域、隨著研究開發的進展，已開發出大量實用產品。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為巨大的產業。

1、抗菌防霉

二氧化鈦在光照射下，產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，發揮抗菌作用而使細菌或霉菌的繁殖中止。這類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）二氧化鈦在沒有光照時沒有抗菌活性。傳統的抗菌劑是通過藥效成分的溶出釋放而阻止細菌的發育或殺滅細菌。用從餐具鉛溶出實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，在光照的初期就產生抗菌作用。由于在光照下產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揮抗菌效果。因此，將二氧化鈦埋入載體或膠粘劑表面。實驗證明將光觸媒涂于陶瓷表面后再進行燒結，它的抗菌效果相當好。

（3）由于二氧化鈦作為催化劑（光觸媒）作用時自身不發生變化，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毒的物質。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物質及像空氣中的惡臭化學物質分解及無害化等。

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、各種應用的開發也進展良好。光觸媒抗菌瓷磚已經在市場銷售，在衛生陶器、菜刀、案板、建筑材料、24小時浴室以及衣料用纖維等方面上的應用開發進展順利。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、能防止水變質和花長期保鮮的花瓶已經面市銷售、在混凝土、涂料上的應用研究也已開始。

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，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味兒的有害物質，光觸媒才是一種能徹底分解有害物質的環保材料。

只要將光觸媒均勻的噴涂于室內墻面上，利用陽光或燈光就能夠源源不斷的分解有害物質，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有達到這一步，相信不久的將來光觸媒也會走進我國百姓的家庭。

3、自凈化與防霧

用光觸媒可以分解污物，據此，可制備自凈化材料。尤其是對于一點點增加的油污或香煙焦油的效果最大。利用這些材料，可生產出應用于建筑材料、外墻、窗玻璃等各種各樣的產品，推進自凈化技術的發展。涂料、薄膜劑、光觸媒片材等已經開始銷售。此外，將光觸媒涂在牙齒表面，遇光照射時，將使附著在牙齒上的污物分解、變白，這項功能已應用于牙科美容。

一般來說，二氧化鈦與水的接觸角為零度而具有超親水性、污物等附著時表面變成疏水性形成水珠而霧化。但如果有光照則發生光觸媒分解污物而使其恢復成原來的超親水性，進而使霧化停止。利用該原理開發出不霧化的鏡子、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，也已開發出假牙洗凈劑。在假牙中加入含光觸媒的溶液，當陽光等光源照射時，假牙上附著的污物被分解而變得干凈、同時也可去除假牙的惡臭。

4、大氣凈化

在美國過去20年中，主要由于汽車尾氣中的氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)所造成的大氣污染問題一直沒有得到改善，已引起數起公害訴訟而成為嚴重的問題。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，就可利用太陽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，下雨時可將硝酸根離子或硫酸根離子沖刷下來，就這樣可持續不斷地進行光觸媒反應，從而除去大氣中的氮氧化物或硫氧化物。現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發推廣。附著有光觸媒的吸音板材和高速道路的防音壁等商品也在開發之中。

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，產生的剩余污泥也成為環境問題。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題，埋填處理也不能無限地占用土地資源。光觸媒用于水處理的研究很早就開始并一直在持續。開始的實驗是將光觸媒的粉末分散含有害物的水中用光照射來處理水中的有害物，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用化。隨著僅由二氧化鈦成膜的光觸媒的開發成功才真正應用于水處理。

目前，與水處理相關的光觸媒產品有玻璃器具、能抑制藻類和青苔繁殖的水槽、使水不易變質從而使花期延長的花瓶等。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發進行中。還有將地下水中的有機溶劑蒸發成氣體后進一步用光觸媒分解的裝置也已有銷售。

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題，造紙工業廢水中含二惡英或垃圾焚燒場的廢氣洗凈水（清洗水）含二惡英的處理也將是潛在的問題。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發之中。

6、保鮮

眾所周知，在保存水果和糧食時，如果其中少量發生變質，則其他的部分將很快變質。這是由于已變質的部分會釋放出能促進水果和蔬菜等成熟老化的乙炔氣體，促進其他部分成熟、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，使水果和糧食能長時間保存，提高商品的市場價格。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，同時還能防止倉庫內細菌和霉等的繁殖以及除臭等，使產品品質穩定的同時還能舒緩作業環境，并使各種農作物的摻混存放成為可能。同時還可用于種苗、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，從解決糧食問題和廢棄物問題的觀點來看也令人注目。用光觸媒材料制造的包裝膜既可以起到長久保鮮而且包裝膜在自然界中兩個月就會降解，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數不勝數，它可以安全廣泛地應用在環境保護的各個方面、是21世紀最有希望的技術之一、目前，各種各樣的產品已在市場上出現。然而，已采用光觸媒的相關產品的性能，比如自凈化的效果，在設備剛完畢時可以容易看到， 但再經過幾個月后，該效果就不明顯了。目前我國還沒有一個統一的有光觸媒性能評價的試驗方法，而由生產企業自行制定，從而無法比較光觸媒的性能、由于沒有質量標準，這嚴重阻礙了光觸媒市場的健康發展，希望我國盡快出臺光觸媒產品的評定標準。

目前，光觸媒應用技術的開發正在全力推進中。隨著光觸媒技術在世界各國的普及，將促進光觸媒新用途的開發和今后巨大市場的成長。隨著光觸媒的開發和普及、擴大影響，將促進地球環境的改善。