【摘要】简述了空气净化功能织物国内外的研究进展；介绍了净化机理(在织物表面通过后整理方式负载上光催化剂，使其达到净化空气的效果)和制备方法(包括粉体分散负载法、原位复合法、原丝改良法)．论述75U约空气净化功能织物工业化生产所存在的问题，并就其发展趋势进行了展望．
【关键词】空气净化；光催化；净化机理；研究进展
【中图分类号】TQ610．4*99 文献标识码：A 文章编号：1004-0439(2011)10-0001-04
随着人民群众物质生活水平的提高，室内装修装饰、家用电器产品的普及、多种日用化学品的使用以及建筑设计风格和中央空调导致的居室密闭程度增加等，室内产生大量的物理、化学、生物以及放射性污染，造成室内空气质量的严重下降[1]．据世界卫生组织调查，室内可检测出300多种污染物，室内环境空气污染水平一般比室外环境要高出2～5倍，极端情况下，可超过100倍[2]．人们90％的时间是在室内活动的，尤其是婴儿和未成年小孩，按呼吸量、体重比计算，他们呼吸的空气比成年人多，容易接触和吸入更多的室内污染物．人们长期暴露于这些有毒有害物质下会对人体产生不良影响，甚至引发各种疾病．因此，室内空气质量的好坏程度与人类健康密切相关[3]．
室内空气中甲醛、苯、甲苯等含量超过限定标准就会严重危害人体健康，需要采取有效的室内空气净化措施．因此，治理室内空气污染尤其是去除室内空气中的有机污染物成为国内外科技工作者研究的热点．目前，去除室内空气污染物的方法主要有：物理吸附法、化学中和法、光催化法、空气负离子法等．但以上方法存在吸附饱和、制造复杂、成本高且不能再生使用等缺陷[4]．考虑到纤维材料作为载体具有比表面积大、容易加工成型等特殊功能，将光催化技术应用于纤维织物的后整理工艺，制备空气净化功能织物可以更快速、高效地消除空气中的有机污染物[5]．空气净化功能织物具有使用方便、用途广、净化效果好且可重复使用等优点，成为近年来新兴的一种室内空气净化材料，并将被广泛应用到潜艇内部、飞机舱内、医院内部等室内场所．
l 空气净化功能织物的研究现状
随着人们对纳米光催化领域认识的加深，将纺织染整技术、纳米材料光催化技术与空气污染控制相结合，制备光催化空气净化功能织物已成为近年来研究的热点．
1．1 国外研究现状
自从TiO2的光催化特性发现以来，将其与纤维基材复合制备具有光催化活性的材料，使其具有抗菌、抑菌、消臭、自清洁、空气净化等功能，满足室内空气净化、杀菌等多方面的需求，成为科研工作者追求的目标[6-8]．日本歧阜县工业技术研究所首先进行了空气净化织物的制备及净化效果的研究，开发了具有消臭功能的空气净化滤布，已经申请了专利．其他学者所做的研究多为利用纳米TiO2光催化技术对各种织物进行负载，研究负载工艺参数对织物空气净化性能的影响．2003年，C．H．Ao等人将纳米TiO2负载于玻璃纤维织物表面，研究了NO对纳米TiO2光氧化降解NO2和CO2的影响[9]．2006年，T Yuranova等人针对空气净化剂造成棉纤维的降解损伤问题，研究了用TiO2-SiO2作为净化剂对棉织物表面进行改性，使空气净化功能织物的强力得以提高[10]．2008年，N Barka等人将纳米Ti02负载于无纺布上，并通过调节温度、pH、染料初始浓度，得到功能织物净化有机污染物的最佳工艺[11]．2009年，D Mihailovic等人[12]对聚酯纤维的空气净化功能做了研究，通过海藻酸盐对聚酯纤维织物进行改性,再将纳米TiO2整理到织物表面,制备的功能织物不但有净化空气的效果，还兼具抗菌及防紫外功能．也有许多研究者将CdS、ZnO、铁酞菁等活性颗粒负载到织物表面，制备具有空气净化能力的功能织物，但其净化效果较之纳米TiO2略差．
1．2 国内研究现状
我国有关空气净化功能纺织品的研究和应用开发从2000年才逐渐起步．近10年来，一些研究院所、大学进行了较系统的研究和应用，但在深度和广度上与国际先进水平仍有较大的差距，离工业化生产还有一段距离．
董永春等人采用沉积法制备了TiO2-Ag复合纳米光触媒水分解液，再用浸轧法负载到织物表面，制成具有光催化特性的纳米光触媒负载涤棉混纺织物，并通过试验证明纳米光触媒能在较短时间内将空气中的氨基本上去除[13,26]．徐英连等人采用性能稳定的无机物整理剂纳米羟基磷灰石对棉织物进行后整理用以提高棉织物在光催化作用中的光学稳定性及对纳米TiO2的吸附性，采用正交试验研究以棉织物为载体的TiO2光催化功能材料制备的关键技术[14]．Dahon等人用溶胶-凝胶法制得TiO2然后负载到玻璃纤维上，研究其对室内空气中CO的去除效果，结果表明：随着室内湿度的增加，CO去除效率明显增加[15]．沈杭燕等人研究证明了锐钛矿型纳米TiO2对环境中的所有有害物系都有很好的催化活性，特别是对分子质量较小的有机物。转化率很快达到100％[16]．杨建忠等人通过对几种典型净化织物(涤棉平布、滤尘针刺无纺布、蜂窝活性炭滤网)进行纳米TiO2整理，研究了其光催化净化甲醛的性能．滤尘针刺无纺布的TiO2附着量较高，净化甲醛率可达89．7％；借助活性炭的吸附净化作用，蜂窝活性炭滤网经TiO2整理也具有较好的净化效果[17,62]．姚玉元、陈文兴等人通过螫合方法将光催化剂整理到蚕丝纤维上制得新型空气净化材料，发现其对硫化氢和甲硫醇有很好的去除效果[18]．张穗新发明的“具有空气净化功能的多层复合型微米、纳米涂层材料及用途”技术，能有效防止和消除室内污染．该材料是由活性炭与微米、纳米光触媒材料通过无毒胶浆混合形成基层，并在基层上通过无毒胶浆涂覆纳米光触媒材料层．何瑾馨等人在空气净化功能织物方面进行了系统研究，已申请专利9项，通过低温原位合成法和原位沉积法制备了钛基空气净化功能织物，对甲醛和苯有很好的去除效果．
目前，国内外生产空气净化功能织物的公司还很少，日本有可乐丽公司、东丽公司和小松精炼公司．国内暂时还没有公司生产，主要研究单位有东华大学、青岛大学、上海工程技术大学、天津工业技术大学等，其中东华大学和江苏联发纺织股份有限公司联合研发的空气净化功能织物克服了光催化剂负载织物后强力损伤和光催化活性低等技术难题，已进入中试阶段，将有空气净化功能纺织品面世．
2 空气净化功能织物的净化机理
空气净化功能织物就是在织物表面通过后整理方式负载上光催化剂，使其达到净化空气的效果．在众多光催化剂中，研究最多的是半导体材料，主要包括金属氧化物和硫族化合物，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2等．由于TiO2光催化效率高、化学性质稳定、对人体无毒，故是目前公认的最佳光反应催化剂．其中锐钛矿晶型纳米TiO2是制备空气净化功能织物中应用最广的一类光催化剂，其净化机理：将光催化剂处理到织物表面后，利用波长为380 nm的紫外光使布面的纳米TiO2价带上的电子被激发至导带，产生自由电子(e)-空穴(h+)对，它们将空气中的氧活化，产生活性氧(02-)和羟基自由基f·OH)，当污染物吸附于其表面时，就会与自由电子或空穴结合，发生氧化还原反应，达到净化空气的效果．其净化空气过程如图1所示．
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图1 TiO 紫外光照射下光催化氧化VOCs过程示意图 |
其光催化净化机理步骤如下[l9]：
3 空气净化功能织物的制备方法
空气净化功能纺织品的制备方法可分为后整理法和原丝改良法．后整理法是指先制备稳定光触媒分散悬浮液，然后对织物进行常规的后整理(浸轧或涂层)的方法[20]．该法适用的纤维和纺织材料范围广泛，天然纤维、化学纤维和混纺织物都能采用．根据光催化剂的制备和织物整理是否连续，后整理法又分为粉体分散负载法和原位复合法．
3．1 粉体分散负载法
粉体分散负载法是指将纳米级成品光催化剂粉体分散，然后用浸轧法或涂层法对织物进行整理．其常用工艺为：制备稳定光催化剂分散液→二浸二轧或涂层→预烘→焙烘→后处理．董永春等人对织物进行二浸二轧光触媒水分散液(轧液率75％)后，采用100℃预烘2 min，170℃焙烘2 min的工艺，将光触媒负载于织物表面[13,27]．杨建忠等人将织物试样浸泡在一定浴比的纳米TiO2整理液中，5 min后取出，一浸一轧(轧液率70％)，100 ℃预烘，再升温至160℃焙烘2 min，冷却至室温，测试了该织物的空气净化性能[17,62]．此法优点是工艺简单，易于加工，缺点是光催化剂在偶联剂或者粘合剂作用下易在织物表面发生严重团聚，降低其光催化活性．
3．2 原位复合法
在原位复合法中，采用溶胶-凝胶技术制备稳定的纳米TiO2溶胶，再对织物进行涂层或浸轧处理，然后在一定条件下实现光催化剂在织物上由无定形态转化为定形态，光催化剂晶型转换需要在200～300 ℃下才能实现，由于大部分纤维织物不耐高温，限制了此法的应用．实现光催化剂在低温下完成晶型转化是当前研究的热点．何瑾馨等人在国内率先开展了这方面的研究，已经取得了一定的成效，实现了TiO2在织物上100℃以下从无定形态向高活性的锐钛矿型的转换．
3．3 原丝改良法
原丝改良法是指在纺丝过程中，将光催化剂添
到聚合物纺丝原液中，均匀混合后进行纺丝，该法适用于化学纤维制备空气净化功能纤维．原丝改良法又分为湿法和熔融纺丝法[21-22]．
湿法适用于聚丙烯腈、粘胶纤维，但此法存在光催化剂在纺丝液中易沉降、聚集和难分散等缺点，且粒径均一性要求很高[23]．熔融纺丝法适用于PET、PPT和PA等纤维材料．由于光催化反应发生在纤维表面，而掺入的粉末大多埋在纤维内，不能充分发挥光催化剂的光催化活性．为了让纤维中的光催化剂粒子尽可能露出纤维表面，发挥空气净化功能，需对纤维进行碱减量加工，但减量率一般不宜过高[24]．
原丝改良法制备的纤维虽具有耐久性，但存在如下问题[25]：①试剂用量大，工艺复杂，在共混纺丝过程中会出现纳米粉体团聚、堵塞喷丝头、纺丝断头等；②混入纤维内部的光催化剂不能充分接受光的照射、发挥不了光催化作用；③不适用于天然纤维(如棉、麻、真丝、羊毛)．
在上述3种制备方法中，粉体分散负载法是将纳米TiO2通过化学方法负载到织物上，耐久性好，但光催化剂被粘合剂包覆会使其光催化活性下降．原位复合法通过分子间氢键作用将纳米TiO2负载到织物上，其空气净化效果好，但结合力较弱，耐久性稍差．无论哪种方法，都存在怎样使柔性材料表面发挥光催化剂功能的问题、有机气体污染物浓度低的情况下光催化剂对其吸附效率低和光催化剂使柔性基材或有机粘合剂氧化降解的问题[26]．特别是光触媒的强氧化性会使纤维或粘合剂自身分解．目前，对柔性基材光氧化降解机理缺乏深入了解，缺乏行之有效的方法来解决这个问题，故其严重制约了空气净化功能织物的工业化生产．
4 空气净化功能织物的前景展望
随着科技的进步以及人们对纳米光催化技术研究的日益成熟，虽然基于光催化技术的空气净化功能织物已有了初步的研制成果，但依然有许多问题需要不断探索和试验：(1)提高光能的转化效率，加强对可见光的利用率；(2)增加光催化剂的利用率，改进其制备工艺；(3)加大光催化技术的产业化研究，使该技术得以真正应用于工业化生产之中．随着人们环保健康意识的不断增强，净化室内环境成为人们关注的另一焦点．国内外对空气净化材料的需求均将呈指数增长趋势．因此，空气净化功能织物的研发具有广阔的应用前景和发展前景．
参考文献：
[1]丁照兵，李娟，李波．室内空气净化技术研究综述[JJ．微量元素与健康研究，2008，25(2)：63-65．
[2]陈群玉．室内甲醛污染的来源及控制技术 资源与人居环境，2008(6)：59-61．
[3]程小霞，陆兆仁，袁琴华．光触媒在功能纺织品中的应用[JI．山东纺织科技，2005，46(4)：46-48．
[4] ZHANG Liu-xue，WANG Xiu-lian，LIU Peng，et al．Photocatalytic activity of anatase thin films coated cotton fibers prepared via a microwa–ve assisted liquid phase deposition process[J]．Surface＆Coatings Technology，2007，201(18)：7 607-7 614．
[5]姚玉元．催化纤维净化室内有机污染物的研究[D]．2008．
[6] El KILANI A，BOUHAMRA W，CRIqq'ENDENN B D．Indoor air quality model that includes the sorption of VOCs on fabrics[JJ．Process Safety and Environmental Protection，2001，79(4)：233-243．
[7]YAMASH1TA H，NAKAO H，TAKEUCHI M，et a1．Coating of Ti02 photocatalysts on super-hydrophobic porous teflon membrane by an ion assisted deposition method and their self-cleaning performance[J]．Nu-clear Instruments and Methods in Physics Research B，2003，206：898-901
[8]OCHUMA 1 J，FISHWICK R P，WOOD J,et a1．Photocatalytic oxidation 0f 2,4,6-trichlorophenol in water using a cocurrent down flow contactor reactor[J]．J．Hazard．Mater．，2007，144：627-633．
[9]AO C H，LEE S C，YU J C．Photoeatalyst TiO2 supported on glass fiber for indoor air purification：efect of NO on the photodegradation of CO and NO2[J]．Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2003．156(1-31：171-177．
[10]YURANOVA T，MOSTEO R，BANDARA J，et a1．Self-cleaning cotton textiles surfaces modified by photoactive SiO2/TiO2 coating[J]．Journal of Molecular Catalysis A：Chemical，2006，224(1-2)：160-167．
[11]BARKA N，ASSABBANE A，NOUNAH A，et a1．Photocatalytic degradation of indigo carmine in aqueous solution by TiO2-coated non–woven fibres[J]．Journal of Hazardous Materials，2008，152(3)：1 054-1 059．
[12]MIHAILOVIC D，SAPONJIC Z，RADOICIC M，et al.,Functionalization of polyester fabrics with alginates and TiO2 nanopartieles[J]．Carbohydrate Polymers，2010，79(3)：526-532．
[13]董永春，白志鹏，张利文，等．纳米TiO：负载织物对室内空气中氨的净化[J]．中国环境科学，2005，25(增刊)：26-29．
[14]徐英莲，黄龙全，郑东伟．Pd修饰TiO2光催化材料在棉织物中的应用fJ]．纺织学报，2009，30(2)：79-83．
[15]DALTON J S，JANES P A，JONES N G，et a1．Photocatalytic oxidation of NOx gases using TiO2：a surface spectroscopic approach[J]．Environment Pollution，2002，120：415-422．
[16]沈杭燕，唐新硕．TiO2粉末催化剂光催化降解室内空气中有机污染物[J]．杭州大学学报：自然科学版，1998，25f4)：55-58．
[17]杨建忠，孙爱贵，谭艳君．经纳米二氧化钛整理织物的光催化性能研究lJJ_上海纺织科技，2004，32(1)：62-63．
[18]YAO Yu-yuan，CHEN Wen-xing，LU Shen-shui，et a1．Binuclear metallophthal 0cyanine supported on treated silk fibres as a novel air-purifying material[J]．Dyes and Pigments，2007，73(2)：217-223．
[19]MO Jin-han，ZHANG Yin-ping，XU Qiu-jian，et ．Photocatalytic purification of volatile organic compounds in indoor air：A literature review[J]．Atmospheric Environment，2009(43)：2 229-2 246．
[20]GONCALVES G，MARQUES P A A P，PINTO R J B，et ．Surface modification of cellulosic fibres for multi-purpose TiO2 based nanocomposites[J]．Composites Science and Technology，2009，69(7-8)：1 05 1- 1 056．
[21]邓桦，张纪梅，李秀明，等．纳米二氧化钛多功能织物整理剂的制备与性能[J]．纺织学报，2006，27(3)：47-49．
[22]江海风，杨建忠，刘娜．纳米二氧化钛整理织物的自清洁和抗菌性能探讨[J]纺织科技进展，2007(1)：41-43．
[23]王明勇，孙小燕，毛志平．TiO2纳米溶胶在纯棉织物抗紫外整理中的应用[J]．印染助剂，2004，21(5)：22-24．
[24]秦伟庭，沈勇，张惠芳，等．改性纳米氧化物在织物抗菌整理的应用研究[J]．印染，2005，31(20)：4-6．
[25]王鲁燕，孙彦平．纳米二氧化钛复合纤维织物的抗光降解及耐久抗菌研究进[J]材料导报，2006，20(9)：16-20．
[26]赵家祥．日本光触媒织物的发展[J]．产业用纺织品，2002，20(2)：1-4．
