室内净化(除甲醛等)用光触媒催化剂安全性的讨论
中文摘要
介绍了室内净化用光触媒催化剂的常见形式,讨论了纳米二氧化钛颗粒在生物体内的主要毒性,并给出了一篇近期的关于纳米二氧化钛安全性的元数据分析及综述。
关键词
纳米二氧化钛安全性毒性甲醛TVOC净化室内空气质量光触媒光氧
nanoparticlestitanium dioxidesafetytoxicityformaldehydeTVOCpurificationindoorair qualityphotocatalystphotocatalytic oxidation

    近一两个月一直在构思制作一个光催化氧化去除室内TVOC污染的装置,其中核心部件是紫外灯和光催化元件。论坛里倒是也见到了少数相关讨论:转帖:高活性易分离TiO2光催化剂的制备大家有关注过室内光催化除甲醛的吗DIY紫外光催化空气净化器

    目前市面上针对室内污染的最常见的光催化剂(光触媒)是纳米二氧化钛,终端商品形式最主要是液体喷雾,而在工业领域则有用于化学反应的纳米二氧化钛粉末(如Degussa AEROXIDE P25 气相法纳米级二氧化钛,粒径21nm)、用于工业废气处理的铝基或海绵镍基有二氧化钛薄膜的光触媒板以及用于工业废气处理的含二氧化钛的聚酯泡沫海绵。(截图自淘宝)

QQ截图20210110204300.png QQ截图20210110204313.png QQ截图20210110205435.png

    金属基板的催化原件主要制备方法包括浸渍法,如

称取 2 g 制备好的黑色 TiO2溶解于 100 mL 乙醇中,超声 20 min 使其均匀,通过浸渍法,将黑色 TiO2溶液均匀浸渍至经处理 过的泡沫镍上,之后放入鼓风烘箱中 80 ℃烘干 24 h,制备出黑色 TiO2/泡沫镍催化剂。

[1]王娟,李继光,施红芳,俞岚,张婕,裘建平.黑色TiO_2/泡沫镍的制备及可见光催化室内甲醛的研究[J].广东化工,2020,47(02):46-47+70.


1h 后得 Sr/TiO2催化剂的溶胶凝胶,采用提拉法将催化剂负载在预处理之后的泡 沫镍上,负载结束后低温烘干,高温煅烧 2h,自然冷却,得 Sr/TiO2催化剂,取出待用。

[2]刘测. 泡沫镍负载TiO_2光催化降解甲醛的实验研究[D].哈尔滨工程大学,2017.

及电化学法(类似电镀)。详细可见专著《二氧化钛纳米薄膜材料及应用》、《二氧化钛光催化薄膜》等。

    本文暂不讨论上述材料用于室内净化的有效性(一言以蔽之,凡是有光催化沾边的、不需紫外光源照射的,都是智商税),仅讨论纳米二氧化钛材料的安全性问题。

    环境中的纳米二氧化钛可以从多种途径进入人体。上述催化材料中,浸渍法制得的基板在使用过程中容易脱落催化剂下来;而作为主要除醛商品的光触媒喷雾更是离谱(某些喷雾或许会添加胶粘剂或成膜剂,但如果光触媒真的生效,有机成分的粘结剂会首当其冲被二氧化钛分解,反应机理多样,暂不讨论),使用后环境中的纳米粉末随处都是。

    随着纳米二氧化钛的应用逐渐增多,对其安全性的关注也越来越多。虽然通常认为二氧化钛是生物惰性的,但用作催化的二氧化钛晶型特殊、粒径特殊,因而在生物体内也表现出与大粒径二氧化钛不同的生物活性。总体来讲,纳米二氧化钛具有更高的反应活性。在生物体内的毒性作用主要包括:遗传毒性,细胞膜系损伤,炎症,氧化应激;表现为广泛的细胞及脏器受损,其中最突出的是循环系统、肝脏的受损以及DNA的受损。

    时间有限,在此放出一篇2020年9月发表的关于纳米二氧化钛安全性的元数据分析以及综述,包含了150篇以上的相关研究,后面有时间了或许会挑重点翻译一下:

Luo, Z., Li, Z., Xie, Z., Sokolova, I. M., Song, L., Peijnenburg, W. J. G. M., Hu, M., Wang, Y., Rethinking Nano‐TiO2 Safety: Overview of Toxic Effects in Humans and Aquatic Animals. Small 2020, 16, 2002019. XXXXXXXXXXXXXXX/10.1002/smll.202002019

attachment icon Rethinking Nano‐TiO2 Safety Overview of Toxic Effects in Humans and Aquatic Animals.pdf 2.82MB PDF 2次下载 预览

    抛砖引玉,欢迎大家讨论。

    PS:经过几个月的研究,发现室内甲醛治理是个大坑,似乎唯一有效的办法是通风(吸附勉强算吧,就是电费和耗材比较贵),号称通过反应可以减少甲醛的,往往有效的办法比无效的办法危险。最离谱的是我见到有人把负离子粉喷到衣柜里,实测长期有效降低甲醛,看到那个发言的时候冷汗直冒,赶紧提醒了对方……

    PPS:新兴微纳材料的研究日渐火爆,但是这类材料的生物毒性确没有得到广泛而深入的研究。石墨烯的生物危害性早有报道,近期又看到了一种碳纳米管的强致癌性的报道……XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/s?__biz=Mzg5ODE3NzY2MA==&mid=2247487874&idx=1&sn=dc12b072e20f12c580d3386d80dceaefXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/s/HeN7SRfnWUOR4JuT3jvgmg不禁冷汗直冒。在家提起这个事之后,母亲说前段时间买了石墨烯内衣,颇有多年前听到镭疗法的感觉(只能希望这衣服里没有真的加了石墨烯吧)……

    PPPS:自行测甲醛的办法没一个靠谱的,就算很贵的电化学传感器也测不准,这类传感器对很多气体的灵敏度比甲醛高的多,测出来的值谁也说不清楚倒底代表什么,勉强算是TVOC吧但也不是线性关系;而试剂法,只能说自娱自乐吧。国标的三种检测法要求就近有实验室,价格高昂。或许唯一测得准的、成本低的办法是租近期校准过的专用检测仪(点名夸奖老爸评测,虽然我也没租过)。再或者,就近有高校刚好能给室内气样跑个气相色谱,这就再好不过了。

[修改于 9 个月前 - 2021-01-11 10:08:22]

来自:数理化 / 化学生物医药 / 生物学
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御坂网络调制解调器
9个月12天前
1楼

感谢,前段时间我还想买个甲醛气体传感器自己做检测仪来着😅

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twz562
9个月12天前
2楼

石墨烯应该与石棉有些类似,细长的纤维,刺入细胞中,“搅动”并损伤细胞内的遗传物质,造成致癌。

二氧化钛通过光触媒降解环境中的有机物,少量的话,应该问题不大,毕竟环境中的烟尘很多也是可以达到纳米量级。二氧化钛直接喷洒不太可取,容易形成气溶胶,除掉了甲醛,又引入了二氧化钛粉尘,跟PM2.5有的一拼。

混入织物或涂料中应该是比较好的方法,但会不会因为被包覆,变得不容易与空气中的有机物直接接触,效果降低。

之前买过除甲醛的空气净化器,里面就是一块黑色海绵,中间夹杂着一些白色物质,应该就是二氧化钛。后面几个风扇,还有一排紫色发光二极管对海绵不断照射。这个看着还算合理,但实际清除效果不太好说,另外,随着使用时间的延长,清除效率也会降低。为了避免纳米二氧化钛对环境的污染,可以先在室外运行一段时间,把浮沉吹掉,再放在室内使用。我买的那个实际是打算改成一个小的超净台,但风压太小,改造后使用效果很差,出掉了 sticker

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张静茹
9个月12天前
3楼

听说只要不是经常接触高浓度的甲醛,就家具里的那点甲醛对人影响不大

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nkh0472作者
9个月12天前
4楼
引用御坂网络调制解调器发表于1楼的内容
感谢,前段时间我还想买个甲醛气体传感器自己做检测仪来着😅

其实如果使用多种传感器搭建传感器矩阵,再用不同污染物进行标定,理论上可以通过拟合一定程度上排除干扰物的影响。对个人来说最难的是定期标定。

事实上,也的确有同类原理的传感器,例如SGP30,标称是多像素传感器(4个敏感元件组成),应该就是类似原理。但是实际抗干扰效果我也没有测试过。

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jonyxia
9个月11天前
5楼

之前买家具,除了甲醛还测了有机挥发物,现在很多家居标榜零甲醛,但是有机挥发物的含量略高。好在多通通风就有明显效果

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草虫
9个月11天前
6楼

我高中在试卷上做过关于二氧化钛促进紫外线损伤DNA的试题. sticker

我家之前装修好之后,通风了半年才入住,那些难闻的气温很淡了。


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twz562
9个月11天前
7楼

前些天买了几份二氧化钛样品,其中有一份是纳米二氧化钛,他们的确也送了喷壶。还没有启用,非用于环境除甲醛,不过将来用的时候感觉还是需要做比较严格的防护措施。

纳米二氧化钛感觉非常轻细,取少量放手上一捻,感觉像被皮肤吸收了似的,只留下白色印迹,但还能洗掉

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草虫
9个月11天前
8楼
引用twz562发表于7楼的内容
前些天买了几份二氧化钛样品,其中有一份是纳米二氧化钛,他们的确也送了喷壶。还没有启用,非用于环境除甲...

我觉得得防止吸入,吸入后也许会造成呼吸道疾病。

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20!Dopaminor
9个月9天前 修改于 9个月9天前
9楼

二氧化钛是部分防晒霜的主要成分,那么脸上各种有机物加上紫外线的照射...好像也没发生什么(表面积、温度、粒度、构形,挺多变量的

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一只可爱的氯酸盐
9个月8天前
10楼

以前新家装修时父母倒是买过,大概原理和LZ说得差不多,是TiO2催化氧化。商家给我们送的是那种包装好的小袋子,打开里面是像活性炭一样的(可能是吸附了TiO2的活性炭?类似于钯碳那样)。至于那个甲醛检测就极其不靠谱,看上去拿了一堆液体混在一起变了色,然后就对照比色卡对比颜色就完了。

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物联网机械电控
3个月1天前
11楼
引用御坂网络调制解调器发表于1楼的内容
感谢,前段时间我还想买个甲醛气体传感器自己做检测仪来着😅

气味检测不单单是传感器的问题,想准确分析,样品进气口,空气流量,湿度,都要维持恒定,才能准确分析,不是买一个传感器就可以解决问题。

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