引言：室内环境空气污染是指空气中各种污染物超过了标准规定的限值，从而使人体健康受到危害或影响的现象。近年来，由于工业的迅速发展以及人们生活水平的提高，室内空气污染问题越来越严重，威胁着人们的身体健康。为了减少或消除室内环境空气中有毒有害气体及有机污染物的危害，人们尝试了多种方法来净化室内环境空气，其中光催化氧化技术作为一种新型的高效空气净化技术，其研究和应用已引起了国内学者的广泛关注。
一、光催化氧化技术概况
光催化氧化技术是一种以半导体为载体，通过半导体表面产生的羟基自由基的氧化作用进行污染物降解的技术，是一种高效、低成本、无二次污染的绿色环保净化技术。其原理是：在光照条件下，半导体表面产生大量活性极强的自由基，这些自由基具有很强的氧化性和还原性，其氧化或还原产物可与污染物发生反应，从而将污染物分解成二氧化碳和水。在光催化氧化过程中，羟基自由基和污染物分子之间存在着极强的相互作用力，能有效地氧化或去除污染物分子中的化学键断裂而生成二氧化碳和水，同时也能将有机物中的部分化合物分解成小分子，从而达到净化空气的目的。目前研究较多的光催化氧化技术有半导体光催化氧化法、等离子体光催化氧化法和可见光辐照技术等。其中半导体光催化氧化法因其具有效率高、操作简单、能耗低等优点而受到国内外广泛关注。半导体光催化氧化技术通过在半导体表面生成超氧自由基或氧自由基进行氧化降解，从而达到净化空气、分解有害物质等目的。
半导体光催化氧化法具有以下优势：一是光能利用率高。据研究表明，光照条件下半导体材料产生的光子能量约为200~500μJ/cm2；二是反应速率快。由于该技术在可见光下具有良好的吸收性能，因而反应速度大大加快；三是产生的羟基自由基数量多、活性强，可对污染物进行高效降解；四是结构简单、便于集成。与其他技术相比，光催化氧化技术具有成本低、能耗小等优势，因而在室内环境空气净化中应用较为广泛。目前研究最多的光催化氧化技术为半导体光催化氧化法，其主要原理是在光照条件下使用半导体材料产生超氧自由基对污染物进行氧化降解。
二、室内空气问题及产生原因
室内空气主要是由人呼出的二氧化碳、水蒸气中的有害气体和人吸入的空气中的有毒有害气体组成。室内空气污染问题主要包括苯、甲醛、氨、甲苯、二甲苯等有毒有害气体，以及二氧化硫等恶臭气体。这些有毒有害物质进入人的呼吸道后会对人产生慢性危害，其中苯可能导致白血病等；甲醛是一种致癌物质，具有较强的刺激性气味，并且对人的眼睛和皮肤具有强烈刺激性；氨会导致头痛和头晕，刺激呼吸道和眼睛；二氧化硫可引起喉炎、气管炎和支气管炎，同时它也是一种强氧化剂，被人体吸收后会在体内发生氧化反应，从而产生大量的自由基，破坏人体细胞组织，诱发癌症。以上有毒有害物质会对人体健康造成严重损害，因此必须加以有效治理。近年来随着人们对室内环境要求的不断提高和对健康意识的增强，室内空气污染问题也越来越受到人们的关注。
（一）苯
苯是一种无色液体，有特殊的芳香气味。它能使人的中枢神经系统发生抑制，引起头晕、恶心，严重时会造成器官衰竭甚至死亡。苯的主要来源是各种油漆、胶合板、板材、涂料和粘合剂等。由于其价格低廉，使用广泛，因此也是室内空气污染物中污染程度最重的一类。苯可通过呼吸道进入人体，或经皮肤吸收进入人体内。当人体吸入苯后会导致造血机能障碍，抑制红细胞和血小板的生成和聚集，从而使人体造血功能受到严重损害；当皮肤接触苯后，可引起过敏性皮炎、湿疹等症状；苯还能与人体内的蛋白质发生反应，破坏人体内的DNA、RNA等结构并使其丧失功能。如果长期吸入苯还可导致再生障碍性贫血、白血病等[1]。另外，苯还可通过呼吸道进入人体内，与血红蛋白结合并使其失去输送氧的能力而发生组织缺氧，因此苯也被公认为是一种致癌物质。
（二）甲醛
甲醛是室内空气中的主要污染物之一，在室内环境中甲醛以游离态和结合态两种形式存在。游离态甲醛是指甲醛溶于水，在常温下容易挥发的物质；而结合态甲醛是指以分子形式存在的甲醛，在常温下不易挥发。随着室内装饰材料和家具的使用，室内空气中的游离态甲醛浓度会不断增加，并持续释放3—15年之久。游离态甲醛容易被人体吸收，将会在体内迅速与蛋白质、核酸等结合，使其失去活性。另外，随着室内温度和湿度的升高，游离态甲醛也会释放出来并加剧室内污染程度。
同时，甲醛是一种重要的致癌物质。根据世界卫生组织发布的数据显示：长期接触低剂量的甲醛会引发慢性呼吸道疾病和女性月经紊乱；大剂量接触可导致怀孕期间孕妇流产和胎儿畸形；长期接触低剂量（<0.1mg/m3）的甲醛可引起慢性呼吸道疾病、新生儿体质降低和白血病等。
（三）甲苯、二甲苯
甲苯、二甲苯是一种无色有芳香气味的液体，易挥发。甲苯、二甲苯可用于涂料、胶粘剂、清洁剂等产品中，是一种重要的有机溶剂。虽然甲苯、二甲苯的毒性较低，对人体危害不大，但是长期接触甲苯、二甲苯会引起头晕、头痛、乏力等症状。
目前研究表明，室内空气中的甲苯和二甲苯主要来源于油漆、胶水以及家具等污染源，且主要通过呼吸道进入人体。在油漆中，甲苯是一种重要的有机溶剂，可以用来调漆以及配制胶粘剂；在胶水中，甲苯主要用于稀释剂和粘合胶水；在家具中，甲苯则主要是作为粘合剂使用。这些有机溶剂和粘合剂中含有的微量甲苯可以通过呼吸道进入人体而危害人体健康。如果长期接触甲苯、二甲苯会引发白血病、再生障碍性贫血等疾病。
从污染来源分析来看，室内空气中的甲苯和二甲苯主要来源于家具等污染源。由于家具制作过程中使用大量的黏合剂及油漆，导致室内空气中甲苯和二甲苯量显著增加。同时有些家具使用了不合格的原材料，也会导致室内空气中甲苯量增加。
三、室内环境空气中有毒有害气体的光催化降解机理
光催化降解有毒有害气体的机理主要有两种，即氧化还原机理和水解机理。
（一）光催化氧化还原机理
室内环境空气中有毒有害气体的光催化降解，主要是利用光催化剂在光辐照作用下产生羟基自由基，该羟基自由基具有很强的氧化能力，能够将有机污染物进行氧化分解。研究表明，光催化降解有机污染物主要是通过两个途径实现的：一是通过光解作用产生·OH；二是在光解过程中产生·OH。目前研究较多的光催化降解有机污染物有：甲醛、甲苯、二甲苯等有机化合物；氨气、硫化氢、二氧化碳等无机气体；SO2、NO2等含氧气体以及二氧化氮等。
（二）水解机理
光催化反应过程中，光催化剂表面会发生一系列复杂的化学反应，最终生成小分子物质和水，包括：羟基自由基、氢离子（H+）和氢氧根离子（O2-）等。一般来讲，光催化氧化反应生成的羟基自由基主要有两种类型：一种是与活性物种反应的自由基型·OH；另一种是通过形成－OH自由基的方式与电子对反应的原子（分子）-OH反应。其中，·OH是最活跃的活性物种之一，也是光催化氧化降解有机物中最重要的活性物种。因此，选择合适的光催化剂也就成为光催化降解有机物过程中研究的热点。
四、光催化氧化技术如何实现室内空气净化
光催化氧化技术在室内空气净化中的应用，是在一定的反应条件下，使半导体表面产生一系列具有高活性和高反应活性的·OH自由基，从而达到降解空气中污染物的目的。·OH自由基的产生有两种途径：一种是通过半导体表面直接与污染物发生氧化还原反应，另一种是通过半导体表面与气体或分子作用使之形成氢键而间接反应[2]。
（一）室内空气净化的意义
室内空气污染是指人类在室内生活、工作所产生的空气污染物，包括PM2.5、甲醛、苯系物和其他有毒有害气体及细菌、病毒和其他微生物等。近年来随着我国经济高速发展，城市规模不断扩大，人口增加迅速，导致了室内空气质量下降。室内空气污染严重地威胁着人民身体健康，直接关系到人体健康，就成了现代社会共同关心的话题。随着经济发展，人民物质文化水平不断提高，我国居民对于居住环境提出了更高的要求。人们在追求高品质生活水平的同时，也在不断地改造，净化室内环境，以求得优质生活环境。
（二）室内环境污染物
由于室内环境污染问题的严重性，近年来光催化技术在室内空气净化中的应用越来越受到人们的关注。光催化氧化技术在室内环境污染物的降解过程中主要是通过对污染物进行直接降解，同时还会产生一些·OH自由基，这些·OH自由基具有很强的氧化能力，可以将空气中有毒有害物质进行降解，从而达到彻底净化室内空气的目的。
（三）室内空气污染治理产品
光催化氧化技术具有处理效率高、无毒无害、不产生二次污染等优点，在治理室内空气污染方面具有广阔的应用前景。然而，由于室内空间范围比较狭小，而且大多数室内环境并不适合采用光催化氧化技术进行空气净化处理，因此在实际应用过程中经常需要针对不同的室内环境对其进行处理。例如，当室内环境中存在有刺激性气味时，就需要将甲醛等有害气体进行清除；当室内环境中存在有异味时，就需要对苯系物等有害气体进行清除；当室内环境中存在有细菌和病毒时，就需要对细菌和病毒进行杀灭。因此，在对该类产品进行实际应用时应当根据实际情况制定合理的解决方案。
结语：目前光催化氧化技术在室内环境空气净化领域应用较为广泛，但在实际应用中还存在一些问题，例如催化剂的回收再利用问题、光催化氧化过程中产生的二次污染物及光催化材料在使用过程中会被污染等。今后光催化氧化技术在室内环境空气净化领域的发展趋势将会是：进一步提高催化剂活性，拓宽光催化氧化技术的应用范围；对光催化氧化技术进行改进，研制出具有较强抗菌能力、对空气中有毒有害气体具有较强吸附能力的新型光催化材料。
参考文献：
[1]刘振兴.光催化氧化技术在室内环境空气净化中的应用[J].西部皮革，2018,40(19):130.
[2]马俊，陈琳，彭骁剑.光催化氧化技术在室内环境空气净化中的应用[J].江西化工，2018(01):1-3.
