【正文】 , 進而提高光催化性能。另一方面通過和各種外加場(超聲波、電化學、等離子體等) 進行耦合聯(lián)用形成新型的高效光催化反應技術, 取得了顯著效果。尤其是低溫等離子體在環(huán)境污染物處理方面的應用研究引起了人們的極大關注, 被認為是環(huán)境污染物處理領域中最有廣適性、最有發(fā)展前途的高新技術之一。目前, 低溫等離子體技術已經成功應用于煙氣脫硫、脫氮、溫室氣體處理和VOCs 的降解。而低溫等離子體和光催化的結合不但解決了光催化技術的一些難點, 并且還使低溫等離子體技術得到了優(yōu)化。其操作條件更加溫和,能耗進一步降低, 過程中的副產物也得到了抑制。 優(yōu)點低溫等離子體是由電子、離子、自由基和中性粒子組成的中性導電性流體, 在空氣凈化過程中常常由氣體放電產生。等離子反應器中放電電極表面、器壁表面及涂層置放的催化劑都有可能對等離子體化學反應起催化作用,等離子體激發(fā)和催化劑活化聯(lián)合作用。低溫等離子體光催化系統(tǒng)里,去除污染物過程既有等離子體化學反應過程又有光催化反應過程, 兩者之間也可能存在協(xié)同作用。在等離子產生過程中, 待處理的污染物受高能電子轟擊可以直接被分解成單質或轉化為無害物質。另外, 高能電子的轟擊使污染物電離、離解、激發(fā),產生了大量等離子體。等離子體中的離子、電子、激發(fā)態(tài)原子、分子及自由基都是極活潑的反應性物種, 使通常條件下難以進行或速度很慢的反應變得十分快速,它們再進一步與污染物分子、離子反應, 從而使污染物得到降解,尤其有利于難降解污染物的處理。另外,由于活性離子和自由基氣體放電時一些高能激發(fā)粒子向下躍遷能產生紫外光線,當光子或電子的能量大于半導體禁帶寬度時,就會激發(fā)半導體內的電子從價帶躍遷至導帶, 形成具有很強活性的電子空穴對,并進一步誘導一系列氧化還原反應的進行。光生空穴具有很強的獲得電子能力,可與催化劑表面吸附的OH 和H2O 發(fā)生反應生成羥基自由基,從而進一步氧化污染物。由于等離子體放電光催化過程有大量等離子體、強活性電子沖擊、紫外線輻射等綜合因素的協(xié)同作用, 因而可以更快速有效地分解空氣中有害物質和滅菌除臭。 　研究現(xiàn)狀目前, 等離子體光催化體系凈化技術的研究尚處在實驗室探索階段。近年來, 國內外科研工作者利用該技術在實驗室中對空氣中難降解的VOCs、NOx 和細菌等進行了一系列探索性研究。研究結果初步表明, 該技術在治理空氣污染物方面具有較好的性能, 比單一的等離子體技術和光催化技術都有明顯的提高, 更是傳統(tǒng)的空氣凈化技術所無法比擬的。（1）等離子體光催化在去除揮發(fā)性有機物(VOCs)方面的應用揮發(fā)性有機物是一類比較難降解的氣體,尤其是苯系物, 傳統(tǒng)的方法不但難以實現(xiàn)較高降解率而且極易產生二次污染。而利用等離子體光催化技術處理后則能使之迅速降解, 并且基本無二次污染, 處理效率比單一的等離子體技術和光催化技術都有明顯的提高。Misook Kang 等在對常壓下等離子體納米TiO2 光催化體系降解甲苯研究時發(fā)現(xiàn), 在僅有氧氣等離子體而沒有TiO2光催化劑存在時, 13 kV 脈沖電壓下,120 min 后只有40%的甲苯降解； 在單一紫外光照射納米TiO2光催化體系中, 甲苯的降解率則低于40 %。而在TiO2/ O2等離子體光催化反應體系中, 相同條件下, 甲苯轉化率大大提高, 達到了70%。 Lee Byung Yong 等研究表明, 在等離子體光催化體系中, %(質量分數) 即可以使苯的降解率比單一等離子體反應過程提高10%。 并且使CO2 的選擇性提高了70%。苯的降解過程中進行更加徹底?？梢? 光催化劑引入等離子體場大大提高了系統(tǒng)的凈化效率, 并且使得反應徹底, 較好地抑制了副產物的產生。實驗還測出了等離子體發(fā)射光譜, 為能激發(fā)TiO2催化劑, 引發(fā)光催化反應提供了有力的證據。另外, 他們還發(fā)現(xiàn)使用多孔性載體可以使系統(tǒng)凈化效率和CO2 選擇性進一步提高。不同催化劑載體(γ Al2O3 和玻璃珠)的降解效果差異明顯。在使用多孔性的γ Al2O3 時, CO2 選擇性比使用玻璃珠提高了近55%。國內有研究者在體系中使用多孔性的陶瓷材料作為光催化劑載體后,即使在處理濃度高達1000 mg/ m3 苯時, % ,系統(tǒng)效率相當高。 Li Duan 等采用了針對板直流電暈放電等離子體反應器結合光催化劑顆粒層來去除甲苯。實驗發(fā)現(xiàn), 等離子體反應器中光催化劑及其放置位置都將影響VOCs 脫除效率。實驗考察了光催化劑放置板電極前后和不放置光催化劑時降解甲苯的效果(如表1) ,極板前放置光催化劑不論在能效還是甲苯的降解率方面均要比放置極板后和不放置光催化劑時優(yōu)越。 表1 　光催化劑放置反應器不同位置和不放置時的比較Hyun Ha Kim 等則考察了等離子反應器中TiO2負載貴金屬時苯的降解效果。實驗發(fā)現(xiàn), 反應器填充Ag/ TiO2 、TiOPt/ TiO2 在能效和減少副產物方面都要比常規(guī)的BaTiO3 填充床反應器優(yōu)越,并且在降解苯的過程中催化劑的活性順序為Ag/ TiO2 TiO2 Pt/ TiO2 。光催化劑本身性質直接影響VOCs 的降解效果。另外, 梁亞紅等系統(tǒng)考察了等離子體光催化體系降解苯的工況參數。實驗發(fā)現(xiàn), 電壓、入口濃度氣體流量以及反應器外繞線圈匝數, 對降解效果都有影響, 其中電壓的影響最為顯著。 kV 以上時, 有納米TiO2 涂層填料的反應器苯的去除效率提高很快。（2）等離子體光催化在去除氮氧化物方面的應用燃料燃燒排放的大氣污染物中, 危害大且又比較難處理的是氮氧化物NOx 。NOx 可引起酸雨、臭氧層破壞、溫室效應、光化學煙霧等一系列環(huán)境問題。目前, 脫除NOx 的方法主要有濕式吸收法、固體吸附法、電子束照射法、熱催化法、生物法等。這些方法主要存在設備龐大、費用高、二次污染嚴重等問題。近年來實驗室研究表明, 利用等離子體光催化體系降解NOx 效果顯著, 而且設備緊湊, 能耗低, 二次污染少。Katamoto Akinori等用溶膠凝膠法將TiO2涂覆在等離子體反應器內壁, 考察了去除NOx 的效果。結果表明, 當等離子反應器中引入光催化劑時, NOx 的去除率提高了10%～30%。在氣體流量為1 250 mL/ min時, 其最大去除率仍可達60%, 而其能耗卻僅約為50 eV/ mol 。Hyun Ha Kim 等將光催化劑TiO2球形顆粒直接填充入線管式反應器中, 用來去除NOx 。結果表明, 該反應器能極大地減少副產物(N2O、O3 )產生, 均低于10μL/ L , O3 濃度甚至可以降至1μL/ L 以下。另外, 實驗發(fā)現(xiàn)雙氧水在反應中起重要作用, 反應器出口的NOx 濃度隨著雙氧水開關交替呈高低交替變化。添加500～2 000μL/ L 的雙氧水能使NOx 去除率高達80%～90%以上, 能耗進一步降低。Shigeo Daito 等和Iwasaki 等則進一步深入研究了該體系去除NOx 的過程。前者研究發(fā)現(xiàn),在單一紫外線照射的光催化體系中, NO2 極易吸附在光催化劑表面, 而NO幾乎不吸收。而在線板式脈沖電暈反應器中, 脈沖電暈放電不但極大地增強了光催化劑的催化性能, 還促使NO氧化成NO2 并吸附在TiO2表面, 最終被氧化成硝酸, 提高了NOx 的去除率。水蒸氣的加入有助于NO2 的吸附,從而進一步提高了NOx 的去除效果。后者研究發(fā)現(xiàn), 體系中TiO2對NO2 的形成有抑制作用。實驗發(fā)現(xiàn)雖然等離子體光催化體系中NO的去除效率要比單一等離子體放電反應高, 但NO2的濃度在單一等離子體放電反應中隨電壓升高而增大,而當放置TiO2時NO2 的濃度并不隨電壓升高而增大。（3） 等離子體光催化在殺菌、除臭方面的應用目前,人們已廣泛使用紫外光來殺菌,也有分別用等離子體和光催化來殺菌的報道。等離子體光催化的殺菌滅毒作用有紫外光作用、大量等離子體以及光催化的支解微生物的過程, 其效果無論從降低微生物數量的效率還是對微生物殺滅的徹底性等方面都要比前三者強。楊學昌等在自制的納米TiO2介質阻擋放電催化空氣凈化裝置中進行了殺滅芽孢桿菌的試驗研究。試驗僅將涂有芽孢桿菌的玻片放置于等離子體光催化系統(tǒng)中處理1 min ,殺滅效率即達100%。Shin Soo Yeon 等研發(fā)了一種脈沖電暈聯(lián)合TiO2光催化室內空氣凈化系統(tǒng),它在去除室內空氣中的過敏原,如細菌、真菌等均表現(xiàn)出極強的性能。雖然該技術目前總體仍處于實驗室階段,但也已出現(xiàn)部分應用。如LG公司將等離子體光催化裝置用于冰箱殺菌除臭, 并已申請專利。國內也已經有等離子體納米光催化超凈器誕生, 它用于室內的空氣凈化和殺菌都收到了很好的效果?？梢? 等離子體光催化技術很適用于殺菌、除臭。這對于營造現(xiàn)代居室的健康環(huán)境以及防止各種病菌的傳染都有重要的意義和廣泛的應用前景。（4）其他Akira Mizuno 等利用等離子體光催化體系來去除室內空氣的懸浮微粒, 效果顯著。在單通道的反應器中, 停留時間只需10ms , 顆粒物的去除效率即達70% , 而在內循環(huán)的固定容器中, 放電僅2min 其去除率就高達98%, 這是傳統(tǒng)的除塵器無法比擬。結 論等離子體光催化集成空氣凈化技術解決了光催化技術的瓶頸,同時也使等離子體技術進一步得到了延伸和發(fā)展。與傳統(tǒng)的氣體凈化技術相比,該技術具有工藝簡單、成本低、效率高、操作條件溫和, 且二次污染少等優(yōu)點,具有廣闊的應用前景。但總的來說, 國內外有關這方面的研究報道不多,對其機理的認識還很膚淺。該技術在等離子體和光催化技術的有效結合上還存在很多問題, 如反應器結構、光催化劑有效利用等離子體光源上、光催化劑載體的選擇上、電源以及放電材料等方面仍有待解決,以及等離子體光催化體系中等離子體光源的光催化作用尚不能得到充分的發(fā)揮。隨著等離子體技術和光催化技術的不斷深入和成熟, 為兩者的結合提供了很好的契機。為了使等離子體光催化技術盡早能在工業(yè)上得到推廣應用, 可以在以后研究中可以朝以下方向努力:(1) 開展等離子體光催化作用機理研究；(2) 研究低溫等離子體放電材料、放電參數,進而研究等離子體光源的特性；(3) 改性光催化劑, 構筑新型光催化劑材料,提高等離子體光源的利用率；(4) 在等離子體反應器的基礎上研究新型等離子體光催化反應器, 使得兩種技術得到充分發(fā)揮。參考文獻[1] 藤嶼昭 電氣化學 1996 6(10) 1052[2] Fujishima, A. 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