唐喜斌

（广东省环境科学研究院，广东 广州 510031）

引言

纳米光催化作为一种先进的技术手段，主要通过纳米粒子实现对污染物的治理，相较于其他技术具有很强的先进性。随着城市化进程的加快，工业发展导致的大气污染状况越来越严重，进行大气污染治理十分必要，而大气污染具有规模化的特点，污染类型较多，很难实现针对性的治理，相关人员可以结合大气环境污染的类型及特点，将纳米光催化技术引入污染治理中，实现对污染的治理。

1 纳米光催化技术及大气污染治理概述

1.1 相关概念

纳米光催化技术是一种利用纳米材料催化光照化学反应的技术。这种技术通过将纳米材料以适当的方式组装在催化剂表面，并利用其表面的能带结构和活性位点，使其高效吸收可见光和紫外光，并在被激发后，在催化剂表面发生光化学反应。纳米光催化技术具有许多优点，包括高效性、低能耗、环保性及可重复使用性等。它可以应用于水处理、有机废气处理、环境净化、能源利用等领域，具有非常广阔的应用前景。总之，纳米光催化技术是一种有很大潜力的新型技术，但仍需要我们进行深入研究和探索，以实现其在实际应用中的高效、稳定和可持续性。

大气污染则是指空气中存在的某些物质超过了一定的浓度，对人类健康和环境造成不良影响的状况。大气污染治理是指对空气污染的防范与治理。大气污染物可分为气态污染物和颗粒物两种类型，包括二氧化碳、甲醛、氮氧化物、臭氧、细颗粒物等。大气污染的主要来源包括工业排放、机动车尾气、农业活动、建筑施工等人类活动和自然因素。大气污染治理是指通过各种措施和技术手段，减少和消除大气污染及污染物的排放，提高空气质量，减少其对人类健康和环境的危害。

1.2 大气污染治理现状

现阶段的大气污染治理主要呈现两方面的特点，首先是污染物逐年增加，研究发现，现阶段我国多数城市的空气质量处于二级超标状况，只有部分偏远地区及发展程度不高的城市符合国际标准，而能实现一级标准达标的城市只占总数的2%，污染范围较广。经过多年的治理，现阶段的颗粒物主要是细颗粒物，存在很大的治理难度，导致霾污染问题逐渐突出。以PM2.5为代表的细颗粒物逐渐成为大气污染的主要成分，再加上城市中二氧化氮浓度不断增长，也进一步加剧了霾污染。在实际作业环节，氮氧化物不仅对会对人体造成直接影响，还会引发臭氧污染，近些年来私家车数量的提升，导致氮氧化物和挥发性有机物浓度迅速上升，高浓度的臭氧超标现象频繁出现[1]。其次是污染治理不及时，部分地区存在不重视污染治理等状况，很大程度上制约了治理作业的落实。再加上新型空气污染不断出现，治理技术却发展缓慢，也在一定程度上制约了污染治理的效果。

2 纳米光催化技术在大气污染治理中的优势

相较于其他技术来说，纳米光催化技术具有很强的优势，能够有效治理空气污染，所以在实际作业环节，为了能充分发挥纳米光催化技术的优势，需要相关人员针对纳米光催化技术的优势进行研究，并将其科学合理地运用到污染治理中。

2.1 受外界因素影响较小

相较于其他技术来说，传统的大气污染治理技术如化学、物理及生物等多种技术，对外界的依赖性较强，很容易受到外界环境、温度、湿度等变动的影响，制约其功能。但是纳米光催化技术的实施不需要借助外界因素，在常温状况下就能正常运行，并且能保证自身功能。现阶段的纳米光催化技术一般以半导体为主导，这种技术主要将特定波长的光照射到对象上，进而产生氧化还原反应，实现对污染物的处理。在实际作业环节，该技术不会受到外界因素的干扰，作业人员可以较为轻松地开展污染治理工作，实现对大气污染的治理。此外，现阶段的纳米光催化技术主要借助专业设备进行，也在一定程度上保证了设备本身的稳定性，规避了外界因素的影响，保证了作业的顺利落实。

2.2 反应迅速，治理效率较高

大气污染治理的工作量及大气污染的范围较大，而且部分空气污染物短时间内就会进入人体，并对人体造成很大破坏，因此相关人员在作业过程中需要结合污染类型进行迅速治理，需要具有较高的治理效率。纳米光催化技术作为先进技术手段之一，在作业环节可以迅速通过氧化还原反应实现对污染的治理，用时较短。而且纳米光催化技术的降解效果较好，对于甲醛等有害物质的净化率可达98%，所以在实际作业环节，现阶段的纳米光催化技术主要应用于对建筑物内部挥发性有害气体的治理，具有很强的技术优势，能够在保证治理效果的基础上提高效率，并有效推进污染治理技术的发展。

2.3 治理范围较大

随着社会对工业品需求的增长，工业规模不断扩大，在此背景下，大气污染类型也十分多样，难以实现针对性治理。纳米光催化技术具有较大的治理范围，可以对多种原因导致的污染进行治理，从而实现环境保护。首先是针对各种微生物，纳米光催化技术能够灭杀大肠杆菌、绿脓杆菌、葡萄球菌、霉菌、化脓菌及白癣菌等一系列细菌，而且在灭杀之后还能通过氧化还原反应实现对病菌的完全氧化分解，不会残留任何有害物质。所以纳米光催化技术能够在清理微生物的同时规避二次污染。其次是分解有机物，现阶段大气污染中的有机物类型较多，针对其的治理具有一定难度。纳米光催化技术能够通过净化材料对空气中的有机物进行氧化分解，实现对空气的清洁。资料显示，应用该技术治理空气污染效果较好，且治理持续时间很长，对甲醛的去除率可达98%以上、对氨气的去除率可达97.2%、对苯的去除率可达86.6%、对二甲苯的去除率在85%～93%之间，还能对硫醇等微臭气体的有机成分进行治理，具有很强的技术优势。

2.4 自身性能较好

2.4.1 亲水性

纳米光催化氧化净化材料具有亲水性能，经紫外线照射后，涂层表面与水的接触角减小到0～5度，水滴完全浸润在涂层表面，有助于保持涂层表面清洁。而且亲水性还能在一定程度上提升纳米光催化技术的接触面积，进而提升治理效果。

2.4.2 无毒性

现阶段的纳米光催化技术的净化材料一般是TiO2，作业环节不会受到酸碱或风力等因素的影响，具有较强的化学稳定性。而且该材料不含对人体有害的成分，运用该技术进行室内空气的治理不会对人体造成影响，具有绿色无污染的特点，十分契合现阶段可持续发展的战略主张。

2.4.3 持久性

纳米光催化氧化净化材料本身不参加反应，没有化学损耗，而且一经施工后即具有非水溶性特性，效果持久[2]。该技术能够对区域内的污染物进行整体治理，并且治理效果较好，可以维持较长时间，具有很强的技术优势。

2.4.4 清洁性

纳米光催化氧化净化材料经紫外线照射后，将有机物全部分解为低分子，即在杀菌的同时还能将微生物尸体分解得一干二净。这样就在治理大气污染的同时保证了清洁性。

2.5 资源较多且造价较低

纳米光催化技术主要借助特定光波实现对污染的治理，所以其治理依靠的是太阳能，太阳能作为可再生资源的一种，取之不尽、用之不竭，可以随时获取，而且成本低廉。而且进行作业的半导体光催化制氢由于成本相对低廉、较易实施且效率高等特点，也受到国内外科学家的高度关注，被称为“21世纪梦的技术”。该技术能够在保证大气治理效果的基础上降低治理成本，这推动了该技术的进一步发展。

3 纳米光催化技术在大气污染治理中的应用方法

3.1 在源头治理环节的应用

大气污染的源头一般是工业排放，所以要想充分发挥纳米光催化技术的优势，将其合理地应用到大气污染治理中，就需要相关人员结合实际将其运用到源头治理环节。在工业发展环节，主要废气来源于各种有机化合物的挥发以及固废产生的异味，例如石油工业中的烯烃、醇醛酮、化工行业中的卤代物甲苯等。纳米光催化技术能够将这些废弃物分解，并且转化为不具毒性的二氧化碳以及水等，实现无害化治理。这样就能够在源头上对工业发展环节排放的废气进行治理，实现对工厂周边环境的清洁，保证空气质量。该技术的主要原理是将纳米光催化技术中的催化剂添加到含有卤的塑料中，这样在焚烧环节就能经由催化剂将有害气体吸收，避免其排放到空气中。另一方面，室内空气治理也可以利用纳米光催化技术，现阶段的室内污染物主要是硫氮化合物，如硫醇以及硫醚胺类等，这些物质一般组成成分较为复杂，即便是很低的浓度也会造成严重影响，部分气体还具有毒性，会对人体造成严重危害[3]。在实际作业环节，工作人员可以将二氧化钛光催化剂负载在活性炭纤维上，制备出光催化空气净化器，有效去除硫化氢、胺等臭气物质，进而实现对室内空气的治理。

3.2 在抗菌除臭环节的应用

异味以及臭气也是空气污染的类型之一，空气中的恶臭气体一般是由细菌导致的，一些纳米光催化剂对许多细菌都有抑制和杀灭作用，能够实现针对性治理。其主要原理是光催化剂受光照激发后产生的O2-和OH等活性物能破坏细胞膜质，从而有效杀灭细菌并抑制细菌分解产生的H2S、NH3等臭味物质。现阶段常用的纳米TiO2具有很强的氧化还原能力，能够实现空气净化作用及除臭功能，可以将其制成抗菌的内墙涂料，实现对空气的清洁及对臭气的治理。在实际作业环节，相关人员还可以将TiO2纳米粒子分散在以二氧化硅为主要成分的无机物中，制成薄膜，其具有很好的透光性且能实现自清洁，污染物不易在其表面附着[4]。此外，在紫外线的照射之下，部分光催化材料由于具有很强的氧化性，能够在紫外线作用下对污染物进行分解。工作人员可将该材料用于建筑中，吸收室内可能产生的污染成分，以实现对室内空气的清洁，从整体上进行治理。

3.3 在汽车尾气净化中的应用

机动车作为主要交通工具，数量正在不断攀升，相关人员需要加强对汽车尾气污染的重视，并运用纳米光催化技术进行治理。现阶段的汽车尾气主要包含氮氧化物、固体悬浮微粒、一氧化碳以及硫氧化合物等，都是大气污染的主要构成成分。应用光催化技术能够有效降解机动车尾气中的一系列污染物，具有很强的发展潜力，前景广阔。据专业人员的研究，TiO2催化可实现对机动车尾气中氮氧化物的有效净化，还可以将TiO2催化材料添加进半柔性碱性水泥路面中，以有效减少机动车尾气中的各种污染物。基于中和反应，路面的碱性水泥可有效去除附着于催化材料表层的无机酸催化产物，进而为催化材料的活性提供可靠保障[5]。相较于传统技术来说，纳米光催化技术具有很强的技术优势，能够在保证治理效果的基础上规避二次污染，属于绿色治理技术的一种。

3.4 在温室气体治理中的应用

温室效应的出现主要是由于温室气体的排放，现阶段常见的温室气体主要是二氧化碳，所以改善大气中CO2的排放是降低温室效应的重要一环。专业人员的研究表明，将大气中的CO2还原利用可收获理想的综合效益，而半导体光催化技术是一种具备良好发展前景的CO2还原技术。然而由于一些技术上的限制，现阶段光催化还原CO2技术，在工程应用层面因为效率偏低而难以得到广泛推广。相关研究人员借助湿化学浸渍技术提取出一种负载于石墨烯的纳米TiO2材料，这一材料可显著提高将CO2转化为CH4的效率[6]。这样一来，就解决了光催化技术在作业环节存在的隐患，很大程度上推动了温室气体治理工作的落实。

4 结语

综上所述，在大气污染治理过程中有效利用纳米光催化技术，可以保证污染治理效果。光催化技术在空气净化方面拥有很多优势，这种优势应得到积极推广和应用。目前研究学者对光催化技术在空气净化方面的研究越来越多，一定要抓住这一特性，将其积极投入生产和应用。本文建议将纳米光催化技术与其他大气净化技术同时应用，以提升治理效果，同时通过其在汽车尾气治理、室内空气治理、温室气体治理以及源头治理等环节的应用，充分发挥纳米光催化技术的大气治理优势，保障人们的身心健康，营造良好的生态环境。