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摘要：本文介绍了推荐性国家标准《光催化纳米材料光解指数测试方法》（GB/T 30452-2013）制定的必要性及制定的原则。针对标准适用范围、测试条件和方法等内容分别进行了系统的描述。
关键词：国家标准；光催化纳米材料；光解指数
光催化纳米材料是一种表面具有光催化性能或涂镀光催化剂的材料，在一定波长光照条件下，由于独特的光催化特性，催化污染物降解。光催化纳米材料作为光催化反应的催化剂，具有独特的优势，首先直接利用阳光作为反应能量来源，充分利用太阳能，节约能源；其次反应过程不会引入新的物质，分解反应彻底，对环境无二次污染；光催化反应条件不苛刻，适用范围广，应用前景好。
以纳米二氧化钛为代表的传统光催化纳米材料，仍是目前研究和应用的热点，例如在表面增加纳米二氧化钛表面镀膜的自洁净玻璃。该种玻璃可以在太阳光照射下，将玻璃表面附着的有机污染物完全降解为二氧化碳和水等无害化合物。同时该种玻璃表面及其亲水，在雨水等冲刷作用下，将附着物轻易分离。我国现有自洁净玻璃技术和生产水平基本紧跟国际水准，已在标志性工程应用，但是在国内市场份额仍然偏小，仍有很大发展空间。
一、光催化纳米材料催化分解污染物能力表征
催化分解污染物的能力是光催化纳米材料的一项重要指标。对于这项指标表征方式不一样，有单位时间单位面积分解的分子数来表示的，也有以单位时间有机分子吸收系数减少来表示的。我国在国家标准《光催化纳米材料光解指数测试方法》（GB/T 30452-2013）中以光解指数来表征。
光解指数是光催化纳米材料在单位时间内分解有机物能力的特征值，用于表征光催化纳米材料催化分解污染物的能力。标准GB/T 30452-2013已于2013年颁布，2014年10月正式实施，用于规范光催化纳米材料光解指数测试。标准中光解指数测试的原理是在满足激发光催化纳米材料能量的光照条件下，附着在光催化纳米材料表面上的有机物被分解。该标准充分考虑我国光催化纳米材料的发展现状及测试操作可行性，力求标准测试可行，为评价光催化纳米材料的催化分解性能提供统一、先进的试验方法。
二、国家标准GB/T 30452-2013介绍
下面从标准的适用范围、测试的原理、测试步骤以及光解指数的计算这几个方面来接介绍。
1.标准适用的范围
本标准使用于评价板片状材料标准的光催化性能，如表面涂镀光催化剂的玻璃、陶瓷等，测定材料表面的光解指数。对于材料其他性能及制成品的性能，本标准没有涉及。标准只适用于板片状材料的原因是测试方法中使用的溶液池需要粘贴在镀膜的表面，也可以保证镀膜表面在同一高度接受紫外光照，保证表面光照强度相对均一。
2.基本原理
标准中采用的方法是用亚甲基蓝作为参照物，将其覆盖在光催化纳米材料表面，在紫外光照射条件下，由于材料表面受到激发，催化亚甲基蓝分解而减少，从而使亚甲基蓝溶液的浓度降低。在极稀浓度溶液和光照前饱和吸附的条件下，亚甲基蓝溶液浓度随光照时间的增加而下降。取亚甲基蓝溶液浓度岁光照时间变化线性关系斜率的绝对值作为光解指数，表征材料光催化性能。
3.测试方法
3.1试验环境
标准中规定试验环境温度为23℃±2℃，相对湿度（40～60）%RH。标准选择室内通常温湿度，并给与一定的波动空间。
3.2测试样品准备
将待测试的光催化纳米材料选取平整部分，裁切出3块60mm*60mm的方形。在裁切过程中要保证光催化表面完好，裁切完成后将溶液池粘贴到具有光催化作用的表面，并要实现密封。被粘在溶液池内部的表面既是测试表面。
3.3测试用溶液配制
测试中用到两种浓度的亚甲基蓝水溶液，即0.02mmol/L的吸附溶液和0.01mmol/L的测试溶液。吸附溶液的作用是试验开始前，让亚甲基蓝饱和吸附在测试表面和溶液池内表面，避免试验中亚甲基蓝因为吸附出现浓度减少，对试验结果产生影响。为了保证溶液浓度的稳定，标准要求试验使用的溶液应该是在一周内配制的。
标准中要求去顶亚甲基蓝溶液在600～700nm的吸光度最大值时的波长，作为试验中测试波长。根据相关文献及实验测试，0.01mmol/L亚甲基蓝溶液600～700nm最大吸光度出现在664nm，试验过程中采用测试波长为664nm。
3.4紫外光照射装置的调节
紫外光辐照强度对试验结果有直接影响，紫外光源随着使用时间增长，产生紫外光效率出现衰减。为了消除光源功率变动对试验以及实验结果间的可比性的影响，可以通过每次试验开始前调节紫外光照射装置的样品台高度，使每次紫外光辐照强度一致。按照标准要求调节样品台的高度，测试通过溶液池盖板后，365nm紫外光辐照强度为3.0mW/cm2。
3.5亚甲基啦吸附
在测试开始前，向溶液池中加入35mL吸附溶液，盖上盖板，放在暗处12h，完成亚甲基蓝自然吸附到测试表面积和溶液池内表面。为了确认吸附结果，要求在达到吸附时间后，测试吸附后吸附溶液和测试溶液的吸光度，来判断吸附是否完成。直至达到标准对吸附后吸附溶液吸光度的要求。
3.6光解测试
向吸附完成的溶液池中，加入35mL测试溶液，开始测试前测试溶液池中亚甲基蓝溶液吸光度，作为零时刻的吸光度Abs（0），并将测试完的溶液立刻倒回溶液池。将样品将样品放置在经过紫外光强校准的紫外光照射装置样品台上，盖好溶液池盖板，旋转样品台，照射紫外光20min。完成照射后立刻测试亚甲基蓝溶液的吸光度Abs（t），并将测试完成溶液重新倒回溶液池中，并即刻开始下一个20min的紫外光照射，共重复6次，累计照射紫外光2h。
3.7光解指数计算
根据比尔-兰伯特定律，在一定范围内溶液浓度与吸光度成正比，即求出相应系数，即可通过吸光度计算出溶液的浓度。标准依据初始时刻测试溶液浓度为0.01mmol/L（10μmol/L）和吸光度Abs（0），计算出溶液浓度换算系数K=10/Abs（0）。利用溶液换算系数和各时刻吸光度Abs（t）（t=20，40，60，80，100，120），计算出各时刻溶液浓度。
利用最小二乘法，线性拟合6个时刻及对应的浓度，求出线性斜率。线性斜率绝对值的1000倍，即作为样品的光解指数Rn（nmol/（L·min））。同一种样品取3个样品的光解指数Rn的平均值，作为该样品的光解指数R。
三、标准测试结果
依据标准规定的方法，同时测试光催化纳米材料（样品4～6）和不具备光催化功能功能材料（样品1～3），测试结果如表1所示。
不具有光催化功能材料测试结果均小于7 nmol/（L·min）。不具有光催化功能材料仍具有较小光解指数，原因是亚甲基蓝在紫外光下不是十分稳定，在紫外光照射时候出现了分解，从而使溶液的浓度降低，导致测试结果出现较小的光解指数。
光催化纳米材料的光解指数大于7 nmol/（L·min），与不具有光催化功能的材料的光解指数具有一个数量级的差距，可以明显反映出材料是否具备光催化功能。
表1 样品光解指数测试结果
四、标准水平
GB/T 30452-2013通过大量实验研究，结合我国光催化纳米材料现阶段发展情况，规定了光催化纳米材料光解指数的测试方法。在我国首次提出了表征光催化纳米材料催化分解污染物能力的表征及测试标准化方法，对评价光催化纳米材料性能具有重要意义。标准的应用和推广将有利于我国光催化纳米材料的研发与应用，带动产业发展，具有良好的应用空间。
参考文献：
[1]康文杰.电气石负离子释放材料的制备及性能研究[D].陕西科技大学，2013.
[2]王静，冀志江，王继梅，田红.产生负离子功能制品标准制定的必要性及测试方法探讨[J]. 中国建材科技，2005，03：8-9.
[3]JC/T 1016-2006，材料负离子发生量的测试方法[S].
[4]周广和. 塑料制品带电的防止与处理[J].大连轻工业学院学报，1981，01：78-88.
[5]杨国文. 塑料的静电防止与消除[J].电子工艺技术，1988，04：31-35.
[6]王丽丽. 塑料抗静电技术的发展及应用[J].塑料科技，2004，06：44-47+52.