摘要：隨著玻璃結(jié)構(gòu)在高層建筑中的大規(guī)模應(yīng)用，傳統(tǒng)的潤濕清潔和機(jī)械清潔既不經(jīng)濟(jì)又不方便,已難以滿足現(xiàn)實(shí)的要求。自潔凈玻璃作為光催化技術(shù)應(yīng)用的典范應(yīng)運(yùn)而生,它能有效利用太陽光中紫外線的能量和雨水的沖刷作用,使玻璃保持自然的清潔,清新明朗。筆者積累了2006.3~2006.10期間實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，談一些心得，供同行共同探討。
　　關(guān)鍵詞：自潔玻璃；光催化；幕墻
　　
　　1.自潔玻璃概念與原理
　　1.1概念
　　自潔玻璃又稱自凈玻璃，屬于生態(tài)環(huán)保型“綠色玻璃”，在平板玻璃表面涂覆一層透明的二氧化鈦，光催化劑玻璃，就可制成自潔玻璃。當(dāng)被稱為光觸媒的二氧化鈦光催化劑玻璃遇到太陽光或熒光燈、紫外線照射時(shí)，在外界光的激發(fā)下會(huì)使附著在表面的有機(jī)物、污染物變?yōu)槎�氧化碳和水并自�?dòng)消除。
　　1.2.自潔凈玻璃的原理
　　1.2.1光催化的自潔凈
　　玻璃表面的TiO2玻璃是一種具有光催化活性的材料。納米級(jí)TiO2本身是一種半導(dǎo)體，它在吸收一定波長的光能后產(chǎn)生自由電子(e)空穴(h+)對(duì)，并與其表面吸附的OH和O2-作用生成經(jīng)基自由基OH和超氧化物陰離子自由基O2-，新生成的OH羚基自由基具有很強(qiáng)的氧化能力，它直接氧化細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)的組分，導(dǎo)致細(xì)菌死亡或變異。在玻璃表面涂覆一層TiO2膜，利用一定條件使其發(fā)生上述的氧化欽的光催化反應(yīng)可以把吸附在氧化欽表面的有機(jī)物分解為二氧化碳和水，剩余的無機(jī)物則被雨水沖刷干凈，實(shí)現(xiàn)自潔。
　　1.2.2防霧
　　將TiO2鍍?cè)诨�片上制備成玻璃，與粉體TiO2相比有一個(gè)特殊的性質(zhì)，即超親水性。在通常情況下，將水滴在TiO2玻璃表面，表面與水有90°以上的接觸角，但在紫外光的照射下，水的接觸角減小，甚至達(dá)到0°(水滴完全浸潤氧化欽玻璃表面)，顯示了玻璃的親水性。光照停止后，玻璃表面的這種親水性可以維持?jǐn)?shù)小時(shí)甚至幾天，隨后又慢慢地恢復(fù)到紫外光照射前情況，玻璃具有的這種性質(zhì)被稱為超親水性。再用紫外光照射，則再次表現(xiàn)出超親水性，采用間歇紫外光照射就可以使得玻璃表面始終保持超親水性。
　　3.自潔凈玻璃的應(yīng)用
　　2.1TiO2玻璃光催化性能的應(yīng)用
　　作為空氣凈化材料,玻璃型TiO2不僅能將房間內(nèi)新建材、粘接劑等產(chǎn)生的甲醛,吸煙產(chǎn)生的乙醛、家庭灰土等產(chǎn)生的甲硫醇等有機(jī)異臭在紫外線照射下分解而消除掉,還能分解油分和有機(jī)的表面污染。TiO2光催化劑與一些氣體吸附劑(沸石、活性碳、SiO2等)相結(jié)合在弱紫外光激發(fā)條件下就可有效地降解低濃度有害氣體。
　　對(duì)室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲苯等的研究結(jié)果表明,污染物的光降解與其濃度有關(guān)。在高濃度條件下,反應(yīng)生成中間產(chǎn)物富集在TiO2周圍,阻礙了光催化反應(yīng)的進(jìn)行,去除效率很低;在較低濃度(如100ppm)以下,TiO2表面沒有中間產(chǎn)物生成,甲醛和甲苯可比較完全地被TiO2光催化分解為CO2和H2O。而日常空間中這些氣體濃度都非常低。在居室、辦公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷TiO2光催化玻璃可有效地降解這些有機(jī)物,凈化室內(nèi)和室外空氣。TiO2光催化玻璃對(duì)乙醛等臭氣的光照射反應(yīng)顯示:當(dāng)氣體的初始濃度大時(shí)只有在紫外光照射下才具有明顯的消臭效果,而當(dāng)其濃度低時(shí),通常的熒光燈就可將其完全分解。量子效率的測定結(jié)果表明,進(jìn)行低濃度乙醛的光催化反應(yīng)時(shí),普通熒光燈的效率比紫外光源要高得多,對(duì)其它臭氣如甲硫醇、硫化物、氨氣等也觀測到同樣的現(xiàn)象。人們對(duì)臭氣很敏感,但其實(shí)際濃度都很低,一般在10ppm以下,這樣的濃度只要使用白色熒光燈所含的紫外光量就足以將其除去。
　　另外一個(gè)需要解決的問題就是,TiO2玻璃與玻璃基體相互作用,其光催化性能會(huì)受到玻璃的影響。普通的堿石灰玻璃在熱處理過程中鈉離子會(huì)從基體向外擴(kuò)散,這將會(huì)導(dǎo)致電子空穴符合幾率增加,從而使得催化劑活性降低。我們選擇SiO2/TiO2復(fù)合玻璃。以甲醛降解為例,圖1是沒有SiO2玻璃預(yù)鍍層和含有SiO2玻璃預(yù)鍍層的玻璃管負(fù)載SiO2玻璃光催化劑的甲醛降解曲線。在玻璃管表面預(yù)先鍍上一層SiO2玻璃,48h內(nèi)甲醛的降解率由67.4%增加到88.1%。說明SiO2預(yù)鍍層對(duì)于阻止鈉離子的擴(kuò)散是很有效的。
　　
　　圖1含有和不含SiO2預(yù)鍍層的甲醛降解曲線
　　2.2超親水自清潔性能在建材中的應(yīng)用
　　真正清潔的玻璃表面是高度親水的(即水的接觸角θ為零),但在環(huán)境空氣中,由于吸附污染物分子,θ值將不斷增大,親水性變差,當(dāng)θ>5°且玻璃表面溫度低于大氣所含水汽對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓溫度時(shí),就會(huì)發(fā)生結(jié)霧現(xiàn)象。玻璃表面結(jié)霧,會(huì)給人們的生產(chǎn)和生活帶來諸多不便,如降低運(yùn)載工具運(yùn)行的安全性,造成眼睛片、浴室鏡子、儀器鏡頭的影像模糊等。利用TiO2表面的超親水特性,可使表面具有防污、防霧、易洗、易干等特性,在建筑物窗玻璃、運(yùn)輸工具的窗玻璃、擋風(fēng)玻璃及后視鏡、浴室鏡子、眼鏡鏡片、測量儀器的罩玻璃等物品表面涂敷一層TiO2玻璃時(shí),即使空氣中的水分或蒸氣凝結(jié),冷凝水不會(huì)形成單個(gè)水滴而是構(gòu)成均勻的水膜,所以表面不會(huì)發(fā)生光散射的霧,表面可維持高度的透明性。高層建筑的玻璃幕墻清洗非常不方便,而且具有較高的危險(xiǎn)性。如果其表面有TiO2玻璃,可以預(yù)計(jì),不但玻璃表面本身不易被污染和變臟,雨水就可以將表面的污物沖刷洗干凈。這種親水TiO2玻璃可以應(yīng)用于不同工業(yè)材料的防霧鏡子、玻璃及自清潔涂料。
　　由于玻璃與水的浸潤角是決定其自清潔性能至關(guān)重要的因素,因此如何提高TiO2玻璃的超親水性,研究了SiO2的添加量與其對(duì)TiO2玻璃光生超親水性影響的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)當(dāng)SiO2在氧化鈦玻璃中的添加量為15%時(shí)對(duì)于與水的接觸角是最有效的。對(duì)于銳鈦礦向金紅石的轉(zhuǎn)變和銳鈦礦的晶粒長大具有抑制作用,并具有較大的表面積。復(fù)合玻璃浸潤角隨時(shí)間的變化如圖2所示。
　　
　　圖2SiO2/TiO2復(fù)合玻璃接觸角隨時(shí)間的變化
　　
　　3.自潔凈玻璃的發(fā)展趨勢(shì)與前景
　　近些年來，我國一些大專院校和科研機(jī)構(gòu)的廣大科技工作者對(duì)自潔凈玻璃開展了深入的研究，取得了許多令人欣慰的成果。這種TiO2基玻璃自潔凈玻璃應(yīng)用于建筑幕墻玻璃，可以長久保持其清潔明亮，大大減少清洗保養(yǎng)的費(fèi)用；應(yīng)用于室外尤其是公共環(huán)境、道路等玻璃燈具的照明，可免去清潔維護(hù)費(fèi)用，并顯著提高照明效果；用于汽車玻璃和車用后視鏡，不僅免于經(jīng)常清潔，而且可使雨水迅速擴(kuò)散揮發(fā)，大大提高駕駛?cè)藛T的視線，提高汽車駕駛安全性；自潔凈玻璃還可用于太陽能電池蓋板、太陽能熱水器玻璃，它將明顯地提高光-電、光-熱轉(zhuǎn)化效率。專家們指出，這一產(chǎn)品的開發(fā)成功，大大推動(dòng)了我國自潔玻璃的生產(chǎn)應(yīng)用及市場啟動(dòng)的步伐。
　　自潔玻璃因性能優(yōu)越，可以廣泛應(yīng)用于高層建筑物的幕墻、窗玻璃和汽車玻璃等領(lǐng)域，產(chǎn)品市場極為看好。現(xiàn)已成為國際市場綠色環(huán)保玻璃熱銷的焦點(diǎn)。目前，我國的“二氧化鈦光催化玻璃”和“TiO2玻璃自潔凈玻璃”不久將批量上市，這將大大推動(dòng)我國二氧化鈦光催化膜自潔玻璃產(chǎn)品的開發(fā)、研制及推廣應(yīng)用的步伐，并成為了自潔玻璃銷售市場的亮點(diǎn)。另據(jù)有關(guān)資料介紹，2004年我國平板玻璃生產(chǎn)已超過3億重量箱，其中建筑用玻璃超過5億m2，汽車用玻璃超過1500萬m2，特殊行業(yè)用玻璃超過64萬m2，今后，這些玻璃的大部分將被功能玻璃所替代。隨著社會(huì)的進(jìn)步，市場前景會(huì)越好。2005年，功能建筑玻璃的需求量超過1億m2，其建筑玻璃市場每年將超過100億元，這個(gè)數(shù)字約占平板玻璃總量的1/6左右，與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家80%的玻璃都使用功能玻璃的數(shù)量相比，還有較大差距。另外，2008年奧運(yùn)會(huì)成功在北京舉辦及2010年上海世博會(huì)的召開，這期間，北京、上海等相關(guān)周邊城市各類建筑物賓館的興建，“自潔玻璃”等綠色環(huán)保建材的需求量每年以10%的增幅上升，國內(nèi)自潔玻璃市場將會(huì)一路看好，自潔玻璃的應(yīng)用前景十分廣闊。
　　
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