Page 71 - 《精细化工》2023年第8期

第 8 期 宋晶璟，等: 光催化涂层净化室内 VOCs 研究进展 ·1685·

无毒无害和环境友好等性质在环境光催化净化污染物 LIU 等 [57] 采用溶胶-凝胶法制备了 g-C 3N 4-TiO 2/废沸石
方面有着广阔的应用前景。 LI 等 [64] 通过超声辅助方法 （WZ）复合光催化涂层，90%以上的低浓度甲醛可
制备了 g-C 3N 4@Cs xWO 3 纳米复合材料，并将其涂覆 在 300 min 内被 g-C 3 N 4 -TiO 2 /废沸石涂层去除。可见
在石英玻璃基板上制得涂层，用于降解甲苯，在全光 光 照 射 下 该 涂 层 降解甲醛的表观反应速率常数
–1
–1
谱照射 240 min 下，甲苯质量浓度约减少 0.2 g/L，显 （0.0127 min ）是纯 TiO 2（0.0056 min ）的 2.3 倍，
示出优异的光催化降解性能。这是由于 Cs 具有较大 且其在循环 4 次以后对甲醛的去除率仍达到 80%以
5+
的离子半径，将外层自由电子贡献给 W 5d 轨道的空 上，表现出良好的再生性能。
位。同时， Cs xWO 3 晶体中的氧空位也提供了额外的自
由电子，这些自由电子都跃迁到 WO 3 的导带上，然后 4 结束语与展望
迅速转移到材料表面，将甲醛还原为低毒甲醇。 DONG 目前，PCO 技术净化 VOCs 的应用领域主要包括
等 [65] 使用原位法将 g-C 3N 4 固定在结构化 Al 2O 3 陶瓷泡
空气净化器、内墙/外墙涂料及自清洁涂层。近年来，
沫上，最佳的样品是在 600 ℃固定的 g-C 3N 4 （CN-
小米、飞利浦、霍尼韦尔、夏普和三星等公司都推出
600），其在 30 min 对 NO 去除率可以达到 77.1%（图
PCO 技术净化室内空气的家用空气净化器，其 PCO
4a），具有较好的循环性能。在光催化过程中，Al 2O 3
模块通常是将光催化材料固定在基体上，多以紫外灯
陶瓷泡沫上负载 g-C 3N 4 对空气中 NO 去除的光催化机
−
理如图 4b 所示，•O 2 是主要的反应自由基，•OH 在 NO 作为光源，以 TiO 2 作为光催化材料。涂料及自清洁涂
层方面也有很多产品已经实现工业化，如 TOTO 生产
的光催化氧化中起次要作用。
的海洁特瓷砖、东鹏生产的空气净化砖，在紫外光或
可见光下可以使室内的甲醛等 VOCs 发生降解。
然而，光催化涂层对室内 VOCs 的净化在光催化
材料的结构性质、光催化材料在基体上的固定及商业
化应用方面还存在一些问题：（1）现有的光催化材料
虽然能在可见光下实现对 VOCs 的净化，但是其生产
成本较高、生产工艺较为复杂，无法进行大规模生产。
（2）紫外光和可见光对光催化材料的穿透能力有限，
因而需要将光催化材料固定在基体表面，而如何将光
催化材料稳定分散、固定在基体上，在保证其光催化
活性的同时对基体不产生影响，是光催化涂层制备的
关键。（3）在商业化应用方面，光催化材料目前仍以
TiO 2 为主，其他光催化涂层对 VOCs 的净化还处于基
础研究阶段；此外，大多数研究仅针对单一污染物的
去除，对多种复杂污染物的净化研究较少；光催化涂
层对 VOCs 的去除多在模拟箱中进行，缺乏对实际环
境的考察。
未来，光催化涂层对室内 VOCs 净化的发展方向
主要包括光催化材料的设计及固定、光催化涂层的功

能化和光催化技术与其他技术的联用等方面。首先，

光催化材料在紫外光或可见光下对 VOCs 的高效、完
图 4 在不同温度处理的 Al 2 O 3 陶瓷泡沫上负载 g-C 3 N 4
对空气中 NO 的可见光光催化活性（a）及对空气 全降解，是其商业化的前提和关键，可通过改进光催
中 NO 去除的光催化机理（b） [65] 化材料的电子、化学结构，赋予其多孔结构，通过多
Fig. 4 Visible light photocatalytic activities of g-C 3 N 4 loaded 种原位检测技术，深入探索 VOCs 的吸附和光催化机
on Al 2 O 3 ceramic foam treated for different temperatures
for removal of NO in air (a) and photocatalytic 理，以期实现对 VOCs 的高效去除；若使用多孔材料
mechanism for removal of NO in air (b) [65] 如碳基材料、有机聚合物和复合材料作为固定光催化

此外，由于 g-C 3N 4 和 Al 2O 3 之间的特殊化学相互 粉末的载体，有望提高光催化材料的可接触性和对
作用，该样品在连续的气流下仍能保持 g-C 3N 4 在 VOCs 的吸附性能。其次，在保持对 VOCs 降解能力
Al 2O 3 陶瓷泡沫上牢固固定，维持较好的光催化性能。 的前提下，赋予光催化涂层多功能性，如抗菌防霉、