纳米催化技术用于空气净化蔡卫权李会泉张懿邓双（中国科学院过程工程研究所，绿色过程与工程重点实验室，北京10008⑴评述了纳米催化技术在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域的研究进展，并对应用纳米催化技术净化空气的关键科学问题进行了分析和展望。

　　07―15：蔡卫权（1973），男，讲师，博士研究生，主要研究超细粉体大气污染一直是困扰各国政府的难题，空气中超标的硫氧化物（Ox）、氮氧化物（NOx）、碳氢化物（HC）、挥发性有机物（VOCs）等有害气体绝对量大，治理困难，严重威胁着人类健康和环境。近几年来，建筑材料和室内装璜涂料中各种化学添加物的使用量也在不断增加，室内空气污染越来越严重，使得新装修房间内空气中有机物浓度高于室外，甚至高于工业区，已鉴定出的挥发物有300多种，其中对人体有害，甚至致癌的就有20多种。治理大气污染，尤其是室内空气净化已迫在眉睫。

　　纳米微粒由于尺寸小、比表面大，具有很高的催化活性。目前，国际上已将其作为第四代催化剂来开发，有人甚至预计纳米催化剂在本世纪很可能成为催化反应的主要角色。近年来，纳米催化技术在治理空气污染方面也取得了长足的进展，本文评述了纳米催化剂在光催化空气净化、汽车尾气净化、化石燃料脱硫和降低温室效应等空气净化领域的最新进展并对未来的研究方向作了展望。

　　1光催化空气净化1传统的空气净腿术大多采呢性炭愚中的有毒污染物，但污染物本身的处理仍然是一个问题。而以锐钛矿型纳米Ti2催化剂为代表的光催化空气净化技术具有室温深度氧化、二次污染小、运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，再加上纳米Ti2制备成本低、化学稳定性和抗磨损性能良好等优点，在空气尤其是在室内空气的深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。光催化空气净化的机理可以简单表示为。日本在光催化净化空气领域的基础和应用研究中做了不少开拓性的工作。如在Ag沸石和Cu沸石基质上沉积Ti2除去废气中的NOx；在孔径为10~200nm的铝和铝合金阳极化抛光膜中填充光催化剂除去室内的NH3、Nx和CH研制的活性炭-纳米Ti2复合光催化空气净化网在功率为6W、波长为254nm的紫外杀菌灯照射3h后，甲苯、甲醛、TCE、H2S、NH3和CO的净化率分别为98.8%、98.5%、99.5%、99.6%、96.5%和60.1%，活性炭还可以原位再生。周宇松等在负载型纳米Ti2光催化剂分解炼油厂典型的恶臭、有毒有害气体HS、甲基醇与乙硫醇模拟试验的基础上，研制出纳米光催化空气净化样机，可以快速分解但半导体的光催化也存在着量子效率低（约4%）和光生载流子的重新复合影响催化效率等问题，这使得光催化在经济上还难以和常规环保技术竞争。通过光敏化、过渡金属离子掺杂、半导体耦合、贵金属沉积、电子捕获剂加入、电化学辅助光催化和微波等外场协同强化等措施，有望提高太阳能的利用率和Ti2的光催化活性。如李旦振等。最近，中国科学院广州化学所在将⑴2快速固定为全降解塑料的高效纳米催化剂开发中实现突破，这种聚合物可用于低温保鲜膜、口香糖基料、食品与医药一次性包装材料的制作。实验中采用的催化剂为低成本、高活性的纳米羧酸锌负载的稀土组合催化剂，可以回收再利用。

　　5展望纳米催化剂作为一种新型环境友好催化剂在空气净化的应用研究中已经取得了很大进展，但总体上仍处于实验室和理论探索阶段，还有一些关键的科学问题需要解决。

　　首先，要发展纳米催化剂的制备和设计技术包括纳米催化膜技术。按照反应要求，采用不同的制备方法和载体有选择性地制备具有不同孔结构和催化性能的纳米催化剂，从而使其设计和应用具有更大的灵活性。目前，已有学者对上述问题进行了探索，如Bagshaw等采用中性模板的方法，制备出了具有规则孔结构的中孔氧化铝，克服了常规氧化铝孔结构不规则的缺点。

　　其次，要加强纳米材料控制工程的研究，拓宽产品的应用领域。通过纳米微粒表面的物理或化学修饰及其在多孔基体中的连续分布或孤立分布方式的调控来实现纳米颗粒的大小、比表面和微结构的控制，改善和提高产品的性能。如通过特殊的表面加工，在介观尺度上形成性质不同的二维表面相区，获得呈现超常规界面物性和高催化活性的二元协同纳米界面材料。

　　再次，要加强纳米催化剂的寿命、性能稳定性控制和防团聚技术的研究，尤其是要加强其在反应过程中烧结行为的研究，扫除纳米粒子因性能不稳定和分离困难所带来的工业应用障碍。

　　最后，要加强丝网负载光催化剂、光催化空气净化器、家用及汽车空调末端的光催化空气净化部件和新型太阳能电池等的设计和开发工作，以提高太阳能的利用效率。还可以通过多种降解技术的复合以及反应器内反应和传质机理的深入研究使操作过程最优化。

　　建议国家有关部门、高校与科研机构和工业界密切合作，加大对纳米催化剂的制备和应用技术等基础研究的投入，不断开发高效、经济、实用的纳米催化空气净化设备，努力实现纳米催化技术和环境污染治理的有机结合，使之最终成为解决大气污染等诸多环保难题的有效手段。