利用光合能涂料改善城市空气环境项目计划书.doc
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1、 利用“光合能涂料”改善城市空气环境项目计划书一,项目概况1. 什么是光合能涂料:的由来及基本原理光合能涂料是一种无色透明状的化学合成液体,主要材料构成为纳米级二氧化钛。主要应用在建筑物外立面(含玻璃幕墙)和室内有消毒要求的墙体,地面和器物等。1972年,日本东京大学的本多建一教授和博士班学生藤岛昭发现,用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应。这就是著名的“本多藤岛效应”。据清华大学分析中心副主任朱永法教授介绍,以“本多藤岛效应”为基础经过了30多年的研究,光触媒的技术研究终于取得了突破性的进展,光触媒技术开始达到工业生产的要求。目前,二氧化钛已经可以在工业条件下制成粉末、溶液、凝胶体、涂料等
2、各种形态的材料了。 光触媒Photocatalyst是光Photo=Light+触媒(催化剂)catalyst的合成词。光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。光触媒在光的照射下,会产生类似光合作用的光催化反应,产生出分解能力极强的自由氢氧基和活性氧,具有很强的分解还原功能,可分解各种有机化合物和部分无机物,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质,可杀死细菌和分解有机污染物,把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2),因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、净化空气功能。光触媒涂层具有超越以往任何涂料的超级亲水性,与水的接触角只有3-15, 因而具有防污自
3、洁/防雾功能.2.光触媒反应图解及说明2.1 产生负氧离子O2 :类似森林里空气清新的感觉2.2 产生氢氧自由OH:分解有机物 杀菌、除臭 空气净化 水质净化2.3 基材表面产生超亲水性能:自洁 防污 防雾3. 触媒进行光催化反应可以分为下列几个步骤:3.1 反应物、氧气及水分子吸附于二氧化钛表面3.2 经光线照射后,二氧化钛表面产生电子及空穴3.3 电子和空穴分别扩散到二氧化钛粒子表面3.4 电子、空穴和氧及水分子形成氢氧自由基和活性氧3.5 氢氧自由基和反应物进行氧化反应 4.光触媒建筑整体解决方案 科学的施工方案 专业的施工技术 最高质量的产品 丰富的施工经验 众多的成功案例5.光触媒涂
4、层产品的特点透明性::透明的涂层,非装饰涂层不影响原有的材料表观功能性:属于功能涂料的一种,本身不具备装饰功能,但是可以在原有基材表面或原有涂 层的基础上增加更多功能(增加空气清新度,分解有机物, 超级亲水性等)环保性:完全水性涂料, 生产及应用过程是环保的;成膜后即可 不断地发挥其净化环境的功能超长耐久性:半永久性涂膜,只要涂膜不发生损坏就会一直有效6.光触媒分解能力示意图7.光触媒分解污染试验粉色墨水20倍 稀释后涂抹开始时10分钟后20分钟后30分钟后,变浅40分钟后,褪色抗菌性试验报告甲醛分解试验报告8 光触媒涂层产品在建筑外墙的应用在日本现在已经有60%的建筑外墙(约有1万座以上的大
5、厦)使用光触媒涂层产品, 是21世纪最环保产品。可以免清洗持久保持建筑物外墙亮丽干净的建筑风格。节省日常清洗的费用,以及清洗剂对建筑外墙的损坏。分解建筑物周边的有害有机物,净化周边大气,改善局部空气质量,是真正意义上的绿色建筑。目前国内的光触媒使用还仅仅限于室内,因为建筑物外墙的施工第一是要求要有真的的产品,其次是需要严格的施工技术和施工工艺,现在在国内可以在建筑外墙施工的公司很少。光触媒清水混凝土解决方案和案例8.1清水混凝土外墙的特点由于裂隙的发生,或者膜层的脱落,会使雨漏入其缝隙内。酸性雨和空气中的灰尘以及可吸入物会粘着在墙壁上,留下污痕。漏入的酸性雨会使混凝土中性化。酸雨以及水的流入是
6、产生铁锈,结露等污染现象的主要原因。混凝土是和室外气候同温的,其耐热性受气温和天气的影响。8.2解决方案防污功能 : (水痕和雨迹,抑制霉和藻类物质的发生)大气净化功能:净化周边大气,改变周边局部空气质量。(尾气无害化处理)耐紫外线功能:耐夏天强烈紫外线照射。是其他涂料的三倍。(有抑制表明温度上升的功能)抗酸雨侵蚀: (酸性雨无害化处理。)8.3创意性处理由于酸化钛有较高的折射性能,正面看不到光泽。但是,侧面可以看到光泽。主要是根据客户的嗜好和要求处理。见图比较:正面 侧面(右下角有光泽部分)2007年8月在日本倉敷市内的清水混凝土外墙上成功地使用了光触媒。 施工案例 个人住宅 施工承诺 免清
7、洗 (自洁功能) 净化大气 (改善周边空气质量) 抗酸雨侵蚀 (酸雨无害化处理) 保质期限10年。 (只有不人为破坏膜层)光触媒涂料基本原料组成:1,纳米二氧化钛、2.纳米磷酸钛、3,纳米二氧化硅、4,纳米负离子粉、5,建筑涂料用乳液、6,消泡剂、7,偶联剂、8,分散剂、9,增稠剂、10,余量为水;可以快速、高效、持久地净化空气,彻底消除室内异味和甲醛、苯、氨等有害气体,抑制或杀灭微生物,且制备设备和工艺简单,生产成本低,产品无毒无味,安全环保,适用于新装修的居室、办公场所、宾馆、商场等各种室内环境。日本东京大学光触媒发明人 -滕岛昭先生对光触媒的讲解诸位早上好!今天在这里能够和大家一起就光触
8、媒的问题进行讨论,我感觉到非常地高兴。 关于光触媒的问题大家都很关心,我想就光触媒从诞生及其发展的历史向大家作出介绍,其中特别关注的是光触媒在室内环境污染与监测当中的推广应用为题着重向大家介绍。 如果说人们最希望得到什么东西的话,大概也就是下面这几个,一个是健康,一个是舒适,还有一个是长寿。关于寿命,我们说天寿,每个人的情况一般是不一样的,一般的寿命是90岁左右。作为我们科学技术专家的任务,希望都能够得到实现,这个目标有助于科学技术的发展。 我最近写了一本书,题目是为了能够长寿的科学技术,主要是以光触媒为例子写的这么一本书,这本书5月份刚出版,里面介绍了光触媒的一些应用例子,这本书是用日文写的
9、,从发行的情况来看,大家都在推这本书。两年之前,我还写了一本书,叫做光触媒的机理,现在正在由张先生翻译成中文,这本书在日本国内发行,现在是一本畅销书,发行量在10000万册以上。 图片上是横滨港口未来大楼,大家都知道横滨是东京南部的一个城市,人口是850万人,是日本的一个大城市。大家想一想,光触媒应用在什么地方?这个建筑的外装瓷砖全都是用光触媒瓷砖铺贴的。另一张图片上是东京新建成的一个超高层大厦,它也使用了一些外装瓷砖,作用就是不让它脏。图片上的这栋楼也应用了光触媒技术的瓷砖。 在日本,光触媒的涂层现在在日本广泛应用,大概有一万座超高层的大厦都使用了光触媒涂层。因为光触媒是透明的,只有脏了以后
10、才能看到这个地方是脏的,它可以防止脏,因此平常是看不出什么东西来的。 大家看到这个是中部空港,是日本的中部城市前两年刚建成的国际机场,在举行竣工仪式之前,我邀请在里面照了一张相,为什么邀请我去呢?因为这个机场的玻璃全都是涂了光触媒的涂层,应用了光触媒的技术。我去过一两次,它有光触媒的涂层,因此根本不粘灰尘,而且下雨了以后,水滴也不会粘在上面。 这是一个朱坡车站,这个中心周围的建筑物基本上都使用了光触媒的材料,目的也是为了保持清洁。现在在日本主要是以车站为中心,不会脏的材料正在日本得到广泛的应用。这个车站是近一年之前才开始使用,近一年以来以旧的车站为主正在不断地使用光触媒材料,改造这个车站的设施
11、。 我刚才介绍了光触媒的应用情况,那么它的源头是在什么地方呢?我下面为大家简单地介绍一下。在我讲话的后半部分,主要以大家关心的室内为对象,在这些方面的应用向大家作出介绍。 关于室内应用的问题,日本的政府非常关心,有一个三年的研究计划,组织有关的企业就这方面的应用进行研究,已经取得了很大的成绩。正好是40年之前,我作为研究生进入了东京大学的研究生院,在那个时候,我就和这种晶体相识,也就是说开始接触这种晶体。这种晶体叫做二氧化钛,是单晶体,制造它的是大坂附近的一个小厂家,也就是图上这位叫中柱的社长,也就是我们的总经理,他建了一个小的公司,这个公司就生产二氧化碳晶体。图上是这位社长最近的一个近照,虽
12、然我和他已经相识了40年,但是这40年以来我一直没有和他断绝来往,一直都有见面、写信,保持着联系。最近见这位老总的时候,问他已经40年了,现在有多大的岁数?他说我已经85岁了,现在他还在生产这种二氧化钛晶体。为什么这位经理40多年来一直在制造二氧化钛晶体?就是因为这种东西做好了以后可以做钻石首饰,但是,我不是作为宝石来用,而是作为科学实验,在水里面用二氧化钛做实验。 大家来看一下,就是说用光一照,二氧化钛在里面能够出气体,这种气体是什么呢?这种气体是氧气,水被分解以后,产生了氧气,也就是说水变成了氧。这个图上写的二氧化钛,这边是白金,这边是二氧化钛,这是一个非常简单的装置,尽管这是一个很简单的
13、设备,用光线一照这个二氧化钛以后,一边出了氧气,一边出了氢气。我特别感到激动的地方是它能够生出氧气来,为什么?我们大家都知道生物光化作用以后能够释放出氧气来,白金这边出来了氢气。 1972年我写了一篇学术论文,刊登在英国的自然杂志上,也就是大家所知道的光触媒的源头,现在世界上都在看我们30多年前写的这一篇发表在自然杂志上的论文。现在很多世界的科学家都在引用我们这个论文,去年引用的次数是非常非常地多。我非常感到激动的地方是大家看到的这个照片,植物的叶子经过了阳光照射以后能够放出氧来,在这中间有一个叶绿素的问题,它起着转换的作用。在我光触媒的技术里面,用的不是叶绿素,而是二氧化钛。 我现在研究的光
14、触媒技术机理和植物的光化作用在机理上很有相似之处,这一篇学术论文和科学的发展,在32年前昭日新闻在头版头条上给我发表了。为什么是这样呢?当时发出了第一次石油危机,也就是说在我发表论文的一年以后,1973年发生了第一次石油危机,当时日本的石油非常紧缺,发表这篇论文的时候,说假如没有了石油的话,有这样一个技术也没问题,为什么这么说?因为我我这个实验用水分解以后,能够产生干净的能源。对于我来说,它产生氧对于我来说是一个很惊奇的发现,但是对于世界来说,对于区别的科学来说,则着眼于氢气的产生。照片上的是我的老师本多键一,下面是我,我当时是31岁,因为这个成就,我升到了大学的副教授。 下面介绍大面积产生氢
15、气的一个制作方法。钛板经过燃烧加热以后,产生出了大面积的环境素脂,用大面积的二氧化钛,然后在太阳光下进行制作氢气的实验,这个实验看到的一个方块是一平方米、一平方米放的二氧化钛的板,然后放在太阳光下照射,就产生了氢气。这个实验进行了一天,从早上六点到晚上六点,在东京进行了这个实验,实际上取得了7升的氢气,31年前我也写了一篇论文,发表在美国的科学杂志上,当时我认为这种通过使用阳光是产生氢气的一个最好的方法,而且这个实验不需要维修,可以连续地使用好几个月。 关于这个问题,我和一个中国同事在这方面进行了更深入的实验。说到这7升的氢气,事实上燃烧起来以后一瞬间就用完了,很快就使用光了,所以效率只有0.
16、48,很低。就是这么一个数字,即取得了7升氢气的数字到现在为止没有人能够打破这个记录,关于这个数字去年也受到了世界性的瞩目。为什么会这样呢?美国的布什总统说,通过使用阳光和水来制作氢气还是最好的办法。 但是在20年之前我的思路有一个转换,认为用这种方法制取能源是非常困难的,这是一个用水完全分解的实验,因为水里面有许多的其他成分,要把它完全变成氢的话是非常困难的。还有一点值得注意的是,从阳光制取氢气,这个方法除了我使用的方法以外,植物也有这种功能,有这么两个办法。在18个生物里面,光子数是6乘1.24三次方,其数量巨大,根本是数都数不清楚,因此,这时候我就想到不要这么多光的数字,用比较少的数量来
17、分解比较少的物质是不是有可能?我就想到这个问题。它有很大的分解能力,用来杀菌的话是很简单的。比如表面有100万个大肠杆菌,实际上这100万个是10个6次方这么多。在阳光里面的光子是15次方,如果是100万的话是一个比较小的数字,因此我们做了一个实验,在二氧化钛的表面放上大肠杆菌,然后进行照射。这就是我们通过那个实验取得的杀菌效果,这是我们光触媒二氧化钛应用在环境方面的最初的一个实验,通过各种实验,对许多的细菌都很容易地把它杀死了。在东京有一个东陶公司制造了卫生陶瓷,在制造的瓷砖上使用它来杀菌,效果也是非常好。后来在医院的手术室地板和墙壁都使用了杀菌瓷砖,在一般的情况下,如果做了大手术以后,这个
18、手术肯定是要进行杀菌的,那么使用了这种光触媒的瓷砖以后,这道手续就不需要了。这个结果是在15年之前取得的,认为它确实有杀菌作用。 但是这里面也出现了一些新的问题、新的困难。最初我们是把二氧化钛烧结在瓷砖的表面,在瓷砖的表面有一毫米厚的二氧化钛,但是这个不好使,没有效果。为什么?因为所谓光触媒需要光,只有有光照的时候才能够发挥作用,没有光的时候是不行的。这个问题就是说白天可以,那么晚上没有光怎么办?我们就进一步地进行研究,使它能够在黑暗的时候也能够发挥这种作用。 我们烧上了二氧化钛层以外,然后用氧化银或者氧化铜,就是说铜、银除了做货币等等作用以外,它还具有杀菌功能。在二氧化钛的涂层上面弄了一些银
19、的微粒,虽然效果不是太明显,但是确实有杀菌的效果,在晚上也能够起作用。这就是现在所说的杀菌瓷砖,用在医院或者厕所等等的一些地方。 光触媒的第二个应用实例是在高速道路上的应用,这是在道路照明上应用的例子,道路上如果还有扩道的话,这些地方的照明非常容易脏。照明用局的玻璃罩很快就变成模糊不清了,那么我们就和道路工团即日本建设高速公路的机构商量合作,在高速公路照明用具的玻璃罩上涂了一层二氧化钛。大家可以看到这两个照片,一对比就知道了,一个是涂了二氧化钛涂层,一个没有涂,涂了二氧化钛涂层很容易把油腻等脏东西分解了。现在日本高速公路的照明器具表面的玻璃罩基本上都采用了我们的光触媒技术。但这个一开始也不是就
20、取得成功,在过程当中也出现了很多新的问题,大家都知道玻璃里面有很多钠分子,加温了以后,钠分子就到了二氧化钛里面去了。那么怎么解决这个问题,我们就想到一个办法,在这两层之间搞了一个硅层,然后把它隔开,这样就解决了钠分子渗入到二氧化钛里面的问题了。因此到现在,不光是照明里面的玻璃罩,一般的照明用具,特别是荧光灯的表面也有光触媒的涂层应用在上面。日立公司和东芝公司都翁我们透明的光触媒的涂层涂在荧光灯的表面,制造新的照明用具。使用这种照明用具,抽烟的人抽烟时产生的油污,它可以自动地分解这些东西。 下面是清洁净化空气的用途,光触媒用在哪呢?是用在过滤器上面,在空气净化器过滤器的表面使用了光触媒技术的材料
21、,这样的话就可以分解消除烟的脏物,也可以杀菌,另外还可以杀一些病毒,另外还可以分解氧化氮和氧化炭。 光触媒过滤器有各种各样的样式,一个是空调器里面可以用,也就是空气洁净净化器,一个是空调器,更有趣的是在除尘器里面也可以使用这个东西,比如东芝公司的除尘器里面就使用了光触媒的技术。在清扫室内的时候,它可以把室内的一些异味也清楚掉。 另外,现在通过光触媒制造了各种各样的电器产品,有一个大金公司制造了空气净化器,我问了他们的一些情况,怎么样使用这些技术,在三年前我问他们的时候,他们说已经生产了100万台空气净化器,除了大金公司以后,其他的厂家也在生产这种使用光触媒的空气净化化。除了小型的空气净化器以外
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