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[摘 要]甲醛（HCHO）具有致癌和致畸性，严重威胁人类身体健康，同时影响空气质量。光催化氧化是去除甲醛有效的方法。二氧化钛基光催化剂具有成本低、稳定性好、降解甲醛能力强等优点，是光催化降解空气中甲醛最为合适的光催化剂。本文中综述了改性二氧化钛对甲醛光催化氧化研究进展、光催化机理，二氧化钛基光催化剂是未来最具有潜力的商业应用前景。
[关键词]甲醛净化 二氧化钛 基光催化剂
中图分类号：TP334.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0101-01
1、 引言
随着社会的发展，越来越多的人们有80%以上的时间都会生活在封闭的空间，例如现代办公大楼、购物中心、学校和新建的家中。这意味着一些室内的污染物浓度可能比室外的高。挥发性有机污染物来源于做饭、燃烧、有毒气体、吸烟、家具、建筑材料和运输污染物。截止1995年，美国环境保护协会规定室内空气污染是最大的环境危险。甲醛早已被国际癌症研究中心归为众所周知的致癌物。在众多污染空气中的化学分子中，甲醛是主要分子之一。甲醛无色，具有较强刺激性气味。长期暴露在这种有毒污染物环境中，会引起健康问题，如易怒、恶心、可能致癌。甲醛是如何产生的呢，例如甲醇的氧化中间产物、碳化合物与NO、O3或OH自由基在空气中反应，汽车和飞机的尾气。另外，室内甲醛来源主要包括装修材料、吸烟或做饭。因此，需要空气净化技术的发展。
大量的研究用于气相和液相去除甲醛，包括吸附、生物的、催化剂和光催化氧化过程。吸附、生物和催化方法存在如需要在高温下工作、使用昂贵的材料和缺乏效率等缺点，因此，有必要研究如何使用高效的催化材料去除室内或室外环境中的甲醛。
半导体多相光催化技术是一种广泛应用于去除空气或水中有机污染物的技术。该工艺属于“高级氧化法”（AOPS），适用于有机污染物的氧化和降解。多相光催化技术是在20世纪70年代发展起来的，用于消除有毒和耐生物的有机化合物和一些无机化合物。多相光催化技术能够在常温下分解多种有机和无机化合物，优点突出。但该过程也是非选择性的，反应物范围很广，从有机到有机反应物，例如烷烃和烯烃，酚类化合物，芳烃，有机酸，胺，氰化物和亚硝酸盐。同时，该种方法不需要任何添加剂，因为空气中氧气参加反应，是低廉的化学反应物，同时与其他方法相结合，可以降解较低浓度的污染物，并且在室温下发生反应，以节省能源和减少温室气体排放。
在大多数情况下，用作光催化剂的半导体可以被太阳光激发，这使它们具有经济竞争力。许多半導体材料，如TiO2、ZnO、CdS、ZnS、SnO2、Fe2O3、WO3等，都被用作光催化剂。
本文以气相二氧化钛（TiO2）光催化反应介绍光催化剂对在特定光源和反应器中光催化去除甲醛过程、气相甲醛光催化氧化反应机理。主要的焦点是可见光活性光催化剂的调控制备，因为它们可以分解有害的VOCs，节约能源、减少温室气体排放。
2、TiO2光催化剂
二氧化钛（TiO2）是一种存在于大自然的钛 （Ⅳ）氧化物。在自然界中，TiO2以五种不同的晶型存在，即锐钛矿型、金红石型、板钛矿型、单斜晶系和正交晶系。然而，单斜相和正交相的TiO2仅存在于德国Ries陨石坑的受冲击花岗岩中。TiO2作为光催化剂应用是由于其优越的特性：（1）具有环境友好（即无毒）、成本低、化学和热稳定性好、天然含量丰富等特点。（2）促进在紫外线照射下室内空气污染物室温条件光催化氧化（3）在室温条件下，二氧化钛可以完全降解多种污染物。（4）在光催化过程中，不需要填加其他化学物质。
TiO2是一种用途广泛的材料，广泛应用于各种产品，包括油漆、白色颜料、塑料、油墨、纸张、防晒霜、电化学电极、食品、药品和太阳能电池，其中大多数产品不具有光催化活性和非晶性。二氧化钛作为光催化氧化有机化合物的光催化剂，已被广泛研究。在紫外光照射下，TiO2光催化剂上，多种有机化合物可在室温下氧化成CO2和H2O。 通过对甲醛的光催化降解，研究了不同形式TiO2的光催化活性，如薄膜、粉末、纳米棒、纳米纤维、和掺杂TiO2等。
由于二氧化钛带隙较宽，其光催化活性限制在紫外光区。此外，光生电荷载流子的大量复合导致光催化效率低下。通过改变二氧化钛的电子能带结构和改善电荷分离，可以克服各种障碍，主要方式包括与窄禁带半导体的复合、金属离子、非金属离子掺杂、一种以上离子共掺杂、金属配合物和贵金属沉积等。特别是，与单一离子掺杂相比，共掺杂二氧化钛会产生显著的协同效应，通常伴随着载流子复合中心的减少，可见光吸收而增强。此外，在设计高效新型光催化剂时，还必须考虑结构电荷平衡和晶格空位的影响。
3、气相甲醛光催化氧化机理
半导体材料具备光降解有机和无机污染物的能力来自其被光活化后的氧化还原反应。半导体材料具有电子能带结构，其中最高占据能带称为价带（VB），最低空带称为导带（CB）。价带和导带被带隙分离。当半导体粒子吸收能量高于或等于半导体的带隙值的光子时，VB中的电子跃迁至CB，同时产生VB中的光生空穴h+和CB中的光生成电子e-，如等式（1）所示。
和可以在几纳秒内在粒子表面或大部分重新结合，能量以热的形式释放，如等式（2）。或者，电荷载流子可以被困在表面态，它们可以与被吸附或接近粒子表面的施主（D）或受体（A）物种发生反应。因此，可以启动随后的氧化还原反应。
一般而言，甲醛光降解过程中的主要遵循氧化还原过程方程。并继续通过进一步氧化，如式子（3）-（4）。
参考文献
[1] 齐虹.光催化氧化技术降解室内甲醛气体的研究[D].哈尔滨工业大学，2017年
[2] 李林.二氧化钛基可见光催化剂制备及降解甲醛的研究[D].南京工业大学，2016年
[关键词]甲醛净化 二氧化钛 基光催化剂
中图分类号：TP334.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）25-0101-01
1、 引言
随着社会的发展，越来越多的人们有80%以上的时间都会生活在封闭的空间，例如现代办公大楼、购物中心、学校和新建的家中。这意味着一些室内的污染物浓度可能比室外的高。挥发性有机污染物来源于做饭、燃烧、有毒气体、吸烟、家具、建筑材料和运输污染物。截止1995年，美国环境保护协会规定室内空气污染是最大的环境危险。甲醛早已被国际癌症研究中心归为众所周知的致癌物。在众多污染空气中的化学分子中，甲醛是主要分子之一。甲醛无色，具有较强刺激性气味。长期暴露在这种有毒污染物环境中，会引起健康问题，如易怒、恶心、可能致癌。甲醛是如何产生的呢，例如甲醇的氧化中间产物、碳化合物与NO、O3或OH自由基在空气中反应，汽车和飞机的尾气。另外，室内甲醛来源主要包括装修材料、吸烟或做饭。因此，需要空气净化技术的发展。
大量的研究用于气相和液相去除甲醛，包括吸附、生物的、催化剂和光催化氧化过程。吸附、生物和催化方法存在如需要在高温下工作、使用昂贵的材料和缺乏效率等缺点，因此，有必要研究如何使用高效的催化材料去除室内或室外环境中的甲醛。
半导体多相光催化技术是一种广泛应用于去除空气或水中有机污染物的技术。该工艺属于“高级氧化法”（AOPS），适用于有机污染物的氧化和降解。多相光催化技术是在20世纪70年代发展起来的，用于消除有毒和耐生物的有机化合物和一些无机化合物。多相光催化技术能够在常温下分解多种有机和无机化合物，优点突出。但该过程也是非选择性的，反应物范围很广，从有机到有机反应物，例如烷烃和烯烃，酚类化合物，芳烃，有机酸，胺，氰化物和亚硝酸盐。同时，该种方法不需要任何添加剂，因为空气中氧气参加反应，是低廉的化学反应物，同时与其他方法相结合，可以降解较低浓度的污染物，并且在室温下发生反应，以节省能源和减少温室气体排放。
在大多数情况下，用作光催化剂的半导体可以被太阳光激发，这使它们具有经济竞争力。许多半導体材料，如TiO2、ZnO、CdS、ZnS、SnO2、Fe2O3、WO3等，都被用作光催化剂。
本文以气相二氧化钛（TiO2）光催化反应介绍光催化剂对在特定光源和反应器中光催化去除甲醛过程、气相甲醛光催化氧化反应机理。主要的焦点是可见光活性光催化剂的调控制备，因为它们可以分解有害的VOCs，节约能源、减少温室气体排放。
2、TiO2光催化剂
二氧化钛（TiO2）是一种存在于大自然的钛 （Ⅳ）氧化物。在自然界中，TiO2以五种不同的晶型存在，即锐钛矿型、金红石型、板钛矿型、单斜晶系和正交晶系。然而，单斜相和正交相的TiO2仅存在于德国Ries陨石坑的受冲击花岗岩中。TiO2作为光催化剂应用是由于其优越的特性：（1）具有环境友好（即无毒）、成本低、化学和热稳定性好、天然含量丰富等特点。（2）促进在紫外线照射下室内空气污染物室温条件光催化氧化（3）在室温条件下，二氧化钛可以完全降解多种污染物。（4）在光催化过程中，不需要填加其他化学物质。
TiO2是一种用途广泛的材料，广泛应用于各种产品，包括油漆、白色颜料、塑料、油墨、纸张、防晒霜、电化学电极、食品、药品和太阳能电池，其中大多数产品不具有光催化活性和非晶性。二氧化钛作为光催化氧化有机化合物的光催化剂，已被广泛研究。在紫外光照射下，TiO2光催化剂上，多种有机化合物可在室温下氧化成CO2和H2O。 通过对甲醛的光催化降解，研究了不同形式TiO2的光催化活性，如薄膜、粉末、纳米棒、纳米纤维、和掺杂TiO2等。
由于二氧化钛带隙较宽，其光催化活性限制在紫外光区。此外，光生电荷载流子的大量复合导致光催化效率低下。通过改变二氧化钛的电子能带结构和改善电荷分离，可以克服各种障碍，主要方式包括与窄禁带半导体的复合、金属离子、非金属离子掺杂、一种以上离子共掺杂、金属配合物和贵金属沉积等。特别是，与单一离子掺杂相比，共掺杂二氧化钛会产生显著的协同效应，通常伴随着载流子复合中心的减少，可见光吸收而增强。此外，在设计高效新型光催化剂时，还必须考虑结构电荷平衡和晶格空位的影响。
3、气相甲醛光催化氧化机理
半导体材料具备光降解有机和无机污染物的能力来自其被光活化后的氧化还原反应。半导体材料具有电子能带结构，其中最高占据能带称为价带（VB），最低空带称为导带（CB）。价带和导带被带隙分离。当半导体粒子吸收能量高于或等于半导体的带隙值的光子时，VB中的电子跃迁至CB，同时产生VB中的光生空穴h+和CB中的光生成电子e-，如等式（1）所示。
和可以在几纳秒内在粒子表面或大部分重新结合，能量以热的形式释放，如等式（2）。或者，电荷载流子可以被困在表面态，它们可以与被吸附或接近粒子表面的施主（D）或受体（A）物种发生反应。因此，可以启动随后的氧化还原反应。
一般而言，甲醛光降解过程中的主要遵循氧化还原过程方程。并继续通过进一步氧化，如式子（3）-（4）。
参考文献
[1] 齐虹.光催化氧化技术降解室内甲醛气体的研究[D].哈尔滨工业大学，2017年
[2] 李林.二氧化钛基可见光催化剂制备及降解甲醛的研究[D].南京工业大学，2016年