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光触媒89327798
发布时间:2021-07-26 19:59
 

  光触媒行业研究报告 2014 年 3 月 武旭鹏 1 / 21 目录 一、光触媒基本常识 ............................................................................................................... 4 1.基本概念 ............................................................................................................................ 4 2.发展历史 ............................................................................................................................ 4 3.反应原理 ............................................................................................................................ 5 4.TiO2 光触媒特性 ............................................................................................................... 6 4.1 超亲水性 .................................................................................................................... 6 4.2 无毒性 ........................................................................................................................ 6 4.3 永久性 ......................................................................................................................... 6 4.4 自净性 ......................................................................................................................... 6 二、光触媒在日本及其他国家的应用及产业动向 ............................................................... 7 1. 光触媒在日本的应用 ....................................................................................................... 7 1.1 空气净化的应用 ......................................................................................................... 8 1.2 自净产品的应用 ......................................................................................................... 9 1.3 其他应用 ................................................................................................................... 11 1.4 日本前十大光触媒企业的产业动向 ....................................................................... 12 2. 其他国家和地区的应用及产业动向 ............................................................................ 13 2.1 美国 ........................................................................................................................... 13 2.2 韩国 ........................................................................................................................... 13 2.3 台湾 .......................................................................................................................... 14 三、光触媒在中国的发展、应用与厂家对比分析 ............................................................. 15 1.光触媒在中国的发展情况 .............................................................................................. 15 2.中国对比日本在光触媒行业的差距 .............................................................................. 15 3.中国光触媒行业、产品及厂家对比 .............................................................................. 16 3.1 空气净化产品与行业情况 ....................................................................................... 16 3.2 空气净化产品的厂家对比 ...................................................................................... 18 3.3 自净产品情况 ........................................................................................................... 18 四、国内空气净化市场容量分析 ......................................................................................... 20 1. 上海市场容量估算 ........................................................................................................ 20 2 / 21 2. 全国市场容量估算 ........................................................................................................ 20 五、分析结果及投资建议 ..................................................................................................... 21 3 / 21 一、光触媒基本常识 1.基本概念 光触媒[Photocatalyst]是光[Photo=Light]+触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。光触媒是一 种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。 触媒是一个完整的词 汇,其实就是日文当中催化剂的写法,光触媒这个东西正常的中文表述是光催化剂,如果是 靠谱的光催化剂, 那么在含有紫外光波段及近紫外段可见光的光线照射下, 是可以有效分解 各种大分子气体的,分解最终产物通常是二氧化碳和水,而且是几乎无差别分解。 光触媒在光的照射下, 会产生类似光合作用的光催化反应, 产生出氧化能力极强的自由 氢氧基和活性氧,具有很强的光氧化还原功能,可氧化分解各种有机化合物和部分无机物, 能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质, 可杀灭细菌和分解有机污染物, 把有机污染物分 解成无污染的水 (H2O) 和二氧化碳 (CO2) , 因而具有极强的杀菌、 除臭、 防霉、 防污自洁、 净化空气功能。 光触媒对中低分子的不稳定化合物及绝大部分病菌有很好的降解和杀灭作用, 其中包括甲醛。 2.发展历史 科技史上震惊世界的光催化剂(Photocatalyst)效应,又称“本多—藤岛效应”,由日本 的本多健一和藤岛昭两位学者发现。1967 年本多健一教授和他的研究生藤岛昭在做金属的 光合作用时发现,用二氧化钛和白金作电极,放在水里,用光照射,即使不通电,也能够把 水分解成氧气和氢气。现任东京大学教授的藤岛昭回忆说,他在观察到这一现象时,激动和 兴奋得睡不着觉。 植物的光合作用竟能在金属里如此简单地再现出来。 利用阳光就可以大量 产生清洁的氢能,这是多么有价值的技术!1967 年他们联合发表了关于二氧化钛的氧化分 解功能的论文,从此光催化剂效应便被称为“本多—藤岛效应”。但当时 TiO2 的光催化效率 低,这项研究成果被搁置起来。90 年代中期,现代研究已经了解,TiO2 在受到阳光或荧火 灯的紫外线照射后,内部电子——空穴对激励,产生具有强氧化分解活性氢氧(羟)基原子 团。 在光的作用下可降解几乎所有的附着在氧化钛表面的各种有机物, 如氢化物、 氮氧化物、 硫化物。但当时 TiO2 光催化剂的研究处于室验室阶段,一直制约了 TiO2 光催化性的活性增 强。有关专家学者希望找到一种类似激光调光学倍频材料,将可见光、红外光变频一直是研 究热点,也是多年来不能实用的根本矛盾所在。但随着纳米技术的发展,1999 年由于纳米 技术得到了突破性进展,TiO2(锐钛矿型)在纳米尺度下禁带宽度得到满足,从而根本解决 4 / 21 了 TiO2 催化剂活性增强的问题。光催化剂终于正式登上了国际研究舞台。以日本,德国为 首的世界经济科技强国投入了大量资源对这个领域进行研究。截至到 2004 年,联合国“未来 太阳能利用”计划、美国的“星球大战”计划、日本“创造科学技术推进事业”计划、西欧“尤里 卡”计划、以及我国的“纳米科学攀登”计划、“863”计划、“973”计划都将它列入重点研究开发 计划。在这门学科上,全球的投入不下近百亿美元,而日本著名的东陶(TOTO)更是斥资 2 亿 美元进行专利布局以期获得日本市场的领导地位。 这样一个全世界科学家都为之奋斗的科学 领域,发展至今日,终于走出常人可望而不可即的高科技应用领域,在日常应用领域方面也 取得多方面的重大技术突破,2001 年,光催化技术相关产品正式进入家庭日常生活,并在 短短的半年时间,迅速席卷欧美及东南亚发达国家和地区,成为家庭重要消费产品之一,而 且奇迹般的以年平均 4.6%的速度递增。 3.反应原理 光催化剂一经光照, 原料中二氧化钛的电子便会从价电带跃迁至导电带, 在光触媒表面 形成电子(e-)电洞(h+)对,带负电的电子与氧结合产生负氧离子(O2- ) ,带正电的电 洞与水结合产氢氧自由基(.OH) ,这两者在化学上都是极不稳定的物质,当有机物质(碳 氢化合物)接触到光触媒表面时,便会分别和负氧离子及氢氧自由基结合,重新组合成二氧 化碳(CO2)和水(H2O) 。这一连串的反应,化学上称为「氧化还原反应」 。 透过氧化还原反应,当将光催化剂应用在生活、工作空间中时,便能有效分解气味分子 和细菌、病毒等微生物,达到洁净室内环境、创造清新空气的效果,因此近十年来在日本, 光催化剂已被广泛应用于居家环境和医疗院所中, 此外经光催化剂加工的各类产品也成为医 疗院所的最新选择。 5 / 21 4.TiO2 光触媒特性 4.1 超亲水性 通常情况下, 光触媒涂敷表面与水有较大的接触角, 但经紫外光照射后, 水的接触角减 小到 5 度以下, 甚至可达到 0 度。即水滴完全浸润在光触媒表面, 显示非常强的超亲水性。 停止光照后, 表面超亲水性可维持数小时到一周左右, 随后慢慢恢复到照射前的疏水状态。 再用紫外光照射, 又可表现为超亲水性, 即采用间歇紫外光照射就可使表面始终保持超亲水 状态。Ti O2 光触媒特有的亲水功能, 应用于汽车玻璃可有效防止雨天结雾、挂珠, 保持玻 璃的干净明亮,有利于汽车安全驾驶。Ti O2 可经特殊处理后溅镀于玻璃上, 形成薄膜, 使具 有防雾功能, 其透明度、 表面硬度与玻璃相似, 更要耐温至+ 400 度。 当玻璃遇水且接受光源 时表面不结水滴而形成水膜, 且玻璃干燥后不会造成水痕。在户外, 通过雨水经常得到冲 洗而保持清洁状态。 4.2 无毒性 光触媒主要成份为 T i O 2, 其化学稳定性非常高,经美国食品药物管理局( F. D. A ) 认可, 准许在口香糖、 巧克力等食品中添加, Ti O2 更广泛运用于化妆品及防晒用品中, 可见其对人 体是十分安全而无副作用的。 4.3 永久性 光触媒为速干性的粘合剂, 一经施工后即具有非水溶性的特性, 经过 10 ~ 1 5d 的期间, 能达到 4 H 铅笔的硬度。硬化后的粘合剂, 如果不刻意磨损( 如重新装潢、油漆或更换壁纸 等) , 通常不会与 T i O2 分离。也就是说光触媒的效果是永久的。 4.4 自净性 经光触媒加工的表面, 通过紫外线的照射, 激发了 Ti O2, 把接触的有机物全部分解成 低分子, 也就是说, 起到杀菌作用的同时还能将菌的尸体分解得一干二净。当光线照射在光 触媒涂布层上, 光触媒将发挥氧化分解与超亲水的特性。当灰尘落于经光触媒处理后的物体 上, 只需以清水清洗便会因光触媒本身的亲水性与地心引力配合, 灰尘会随清水一起脱落而 无须另行清洗。 6 / 21 二、光触媒在日本及其他国家的应用及产业动向 1. 光触媒在日本的应用 自从日本发现光触媒,并主要实施商品化以来,作为“日本的自主创新技术” ,时至今 日日本依旧领导着世界光触媒技术的发展。光触媒得以广泛普及的契机是以“本多·藤岛效 果”的发现为开端的,光触媒相关产品基本上还是源于氧化钛。目前的市场规模仅日本国内 就达到 800 亿日元,氧化钛光触媒相关产品在以下很多领域得到应用(图 1) ,包括住宅相 关领域, 电气化产品、 车辆、 道路相关领域, 农业、 水处理、 衣料、 生活用品及医疗等领域。 图 1 光触媒技术的应用领域 光触媒在如此多的领域得以普及得力于氧化钛具有的“氧化分解力”和“强亲水性”两 大优越的性能。氧化钛具有强大的氧化分解力,可以分解几乎所有的有机物,并可以将其最 终转化为二氧化碳和水,因此对除臭、杀菌、防垢等起作用; 另一方面,氧化钛具有的强亲水 性表现为与水的接触角度在 5°之下 (光诱导强亲水性) , 可以应用于具有防雾性能的镜子、 玻璃以及具有防垢性能的住宅外墙及窗户等方面。下面介绍一下光触媒在日本的应用实例。 7 / 21 1.1 空气净化的应用 首先, 如下是有关利用光触媒的强大氧化分解力进行空气净化的应用和发展过程的介绍。 1.1.1 光触媒空气清洁器的开发 自本多·藤岛效果公布以来(1972 年) ,研究者进行了大量的利用氧化钛具有的强氧化 分解力进行水、酒精光分解的研究活动,从 1980 年左右起研究扩展到有机物的分解反应。 这些基础研究与通过光触媒来分解导致物质变臭的有机物达到净化空气的想法相契合, 最终 以空气清洁器的形式得以应用。90 年代至 2000 年,所谓的病屋综合症,即建造房屋时使用 的粘合剂以及涂料等挥发性有机溶剂导致的健康危害不断增加, 因此发明了使用光触媒技术 的家用空气清洁器。 以往的空气清洁器由于主要是通过过滤器吸附, 一旦吸附达到饱和状态 清洁器的性能就会下降。 利用光触媒技术的空气清洁器由于光触媒分解吸附后的物质, 所以 吸附物不会达到饱和, 从理论上来讲无论何时都能发挥充分净化的作用。 另外同时还可以去 除空气中的浮游细菌等物质。因此,还被广泛应用于家庭之外的,医院、宠物店、宾馆、饭 店、食物储存仓库等各种场所。最近在 2007 年开始运营的东海道新干线 系列中就设置了利用光触媒除去烟味的装置。由于 N700 系列车是全席禁烟车,所以在车门 平台处为吸烟者准备了吸烟室, 并在天花板上安装了光触媒空气清洁器。 空气清洁器内置氧 化钛涂层的多孔质陶瓷以及作为紫外线光源的黑光, 通过将其交互式多层排列起到除臭的效 果。利用光触媒反应分解烟味中包含的乙醛和氨的这种装置,使气味不能扩散到乘客席。 如上例,光触媒的氧化分解力被应用于净化空气,主要用于商用的光触媒空气清洁器, 其产品化不断扩大。 1.1.2 带空气清洁器功能的人造花的发展 一方面,作为面向家庭的空气清洁器,安装光 触媒空气清洁器的人造花渐渐普及。已经发明了在 花或叶的部分涂层光触媒的人造假花,作为光触媒 人造假花进行销售, 但是其空气清洁能力非常微弱。 所以最近发明了在花盆处安装光触媒清洁器的人造 花(图 2) 。与之前的光触媒人造花相比这种花盆光 触媒清洁器人造花具有极其优秀的空气净化能力。 8 / 21 图 2 带空气清洁器功能的人造花 它不但具有除臭的功能同时兼备杀菌的效果,将来会应用于医院以及办公室等场所。 1.1.3 具有去除 NOx 功能的路径的探索 以都市为中心,由于汽车尾气中包含的氮氧化合物(NOx)所致的大气污染不断扩大。企 业为除去大气中的 NOx,共同开发了具有光触媒性能的路径(photo-road method) 。具有光 触媒性能的路径去除 NOx 的过程是, ①通过光触媒氧化 NOx 将其转化为硝酸根离子 (NO3) , ②并与路径内部含有的光触媒固定剂的主要成分钙 Ca 相结合,在路径中沉积生成无害物质 硝酸钙 Ca(NO3)2,③最终通过雨水冲洗去掉硝酸根离子与钙离子。根据实验室报告显示二 氧化氮的处理能力为每日 100mg/m2。2003 年已经对 10 条以上的路径进行了施工,有望进 一步的普及。 1.2 自净产品的应用 以下将介绍光触媒的第二大性质光诱导强亲水性应用的实例。 1.2.1 光触媒瓷砖 陶瓷瓷砖首先应用了光触媒(1992 年) 。由于当时医院感染问题逐渐深化并成为严重的 社会问题, 所以才产生了在医院手术室墙壁瓷砖上涂层光触媒去除空中浮游细菌等物质的想 法。 事实上手术室的墙壁和地面选用光触媒瓷砖后, 通过光触媒的氧化分解力空气中的浮游 细菌数量骤减非常明显。这种光触媒瓷砖另外还用于卫生间、浴缸等内部装修中,还作为抗 菌、防腐、防污垢等用途使用。 另一方面,1995 年发现了光触媒的光诱导强亲水性,自此开始了防雾、自净等新的应 用,这也成为光触媒真正市场化的契机。自净意味着光触媒表面总是保持干净状态的机能, 通过强氧化分解能力与强亲水性两大机能的相乘效果得以实现。 通过自净机能, 光触媒表面 附着的有机物污垢被逐渐分解 (氧化分解力) , 经雨水等冲走。 因此房屋和高层大楼的外墙、 窗户等一旦使用了光触媒,将自然除去附着的污垢,不但减轻了清洁工作的负担,削减了清 洁费用, 同时消除了高层建筑清洁过程中伴随的风险。 具有自净功能的光触媒瓷砖实际上已 经应用于数千座大楼,其实用性得到认可。 这种光触媒瓷砖作为“内部装修的抗菌瓷砖”与“外部装修的自净瓷砖” ,现得到广泛 普及。 9 / 21 1.2.2 光触媒玻璃 经光触媒涂层的窗玻璃具有光触媒 的氧化分解力与强亲水性可以去除污垢, 长期保持美观。 而且, 由于具有强亲水性, 即使在雨天也不会变模糊, 可以清楚的看 到外面的景色(图 3) 。作为附带光触媒 的玻璃的应用实例, 可以举出例如中部的 国际机场、高层大楼、普通住宅窗玻璃的 许多例子。另外还应用于车的反照镜上, 雨天也不会模糊,有利于安全驾驶。 图 3 雨天里的普通玻璃 (左) 与光触媒玻璃 (右) 另一方面,在光触媒玻璃尖端研 究中, 开发出具有高性能光触媒活性且平滑致密的光触媒毫微薄片。 将氧化钛与氧化铌加工 成微细的片状,然后涂层于玻璃之上,即可形成具有高性能光触媒活性、高硬度、污垢难以 附着、紧贴性高的光触媒表面结构。目前,对于新干线玻璃的适用性正在讨论之中。 1.2.3 光触媒顶棚 东京巨蛋体育馆的屋顶使用的是白 色顶棚材料。 另外还可以看到车站站台上 使用的也是这种材料。 这种白色顶棚材料 作为屋顶使用不但具有防雨、 防风的作用, 白天即使没有照明顶棚内部由于射入了 光线依然可以保持明亮, 并且它吸收较少 的热线,顶棚内可保持较低温度,有利于 节省能源。从前,由于白色的顶棚污垢明 显的原因基本不被使用。开发出光触媒涂 层的顶棚,实际应用后,迅速得到普及。 这是因为光触媒顶棚可以保持长久的干净 图 4 光触媒顶棚(左)与普通顶棚(右) 防污垢试验 状态。 例如, 神奈川科学技术学会光触媒博物馆里的顶棚实际证明了光触媒涂层的部分比没 有涂层的部分难以附着污垢的线) 。现在,光触媒顶棚在体育馆及仓库顶 10 / 21 棚、车站前道路的顶棚,娱乐设施的遮阳帐篷、商店及住宅的遮阳篷,独门独户住宅的平台 屋顶等得到广泛普及。 1.3 其他应用 现今,光触媒以多种形式得以应用,新的应用领域仍在研究扩大。 1.3.1 住宅方面 今天的日本有时依然能看到炎热的夏天居民在家的四周洒水的习惯。 利用水蒸发时带走 热量的性质, 使家的周围变得凉爽。 在 NEDO 《光触媒利用高机能住宅用建筑材料项目》 中, 开发了利用光触媒的家庭新型清凉系统。光触媒涂层的墙上撒上水,利用强亲水性,即使少 量的水也会形成薄膜而扩展,水得到充分蒸发达到使家里清凉的目的。NEDO 的报告中,运 用实际住宅进行的实验表明,由于光触媒洒水效果室内温度下降了 2°,可以减少大约 20% 的冷气空调使用量。 1.3.2 农业方面 营养液栽培由于能使对于作物必须的养分的管理更加容易, 并且不易受到土壤生存植物 疾病及虫害的影响,近年来,这种栽培方法在西红柿等果蔬类植物中得到广泛应用。营养液 栽培方式从考虑环境因素转换为采取不进行排水的循环方式。 但是营养液栽培如果进行连续 耕作,收获量可能会逐渐减少。这被认为是由于培养液中产生细菌物质使水质变差,西红柿 自身代谢妨害物质等原因造成的。 于是建立了通过光触媒来处理循环水, 去除对发育中有害 物质的清洁系统。 利用光触媒的优点不仅仅限于以上所述, 由于作为植物营养物质的氮、 磷、 钾等是无机物不会被分解, 所以在净化处理的水中依然可以作为营养成分为植物所利用。 目 前,依据植物试验结果,尚处于实用化实施的讨论阶段。 1.3.3 医疗方面 癌症是日本人死亡的第一原因。 目前, 最前沿的研究强烈表明了氧化钛光触媒可以应用 于癌症治疗的可能性。实验室研究中,在移植了癌细胞的小老鼠的疾患处注入氧化钛粒子, 通过紫外线的照射, 可以明显看到癌细胞的繁殖受到抑制。 将光触媒用于治疗的优点在于只 有在紫外线照射的情况下才能够发生反应,所以可以容易地控制反应。目前,通过与以往的 放射线治疗相结合,新型癌症治疗方法成为可能的期待不断高涨。 11 / 21 1.3.4 印刷方面 作为光触媒独特的应用,还可应用于印刷领域。印刷中有所谓的平板印刷方法,即利用 具有亲水性与疏水性模型基板来印刷报纸或宣传册。 在利用光触媒的印刷中, 在基板上涂层 光触媒,让后在它的上面涂层由有机物组成的薄自组装单层膜(SAM) 。接下来用光掩膜进 行选择性紫外线照射,照射部分的 SAM 通过光触媒被氧化分解,使其表面具有强亲水性。 形成具有湿润性模型的基板, 可以用于平板印刷。 以往的印刷方法通常使用过一次的印刷版 将被废弃,而使用光触媒印刷版,如果印刷后印刷版全面接受紫外线照射,所有的 SAM 都 进行分解的话,还可以恢复到初始状态,这是以往的印刷方法不具备的特征。它具有可重复 利用的优势。 目前虽然还处于研究阶段, 但通过光触媒印刷来节约印刷成本及印刷资源的前 景为人所期待。 1.4 日本前十大光触媒企业的产业动向 下表(表一)为日本前十大光触媒企业的产业动向: 公司名称 主要产品 有除臭作用之光触媒材料 燧道照明防污灯具 公司名称 主要产品 光触媒空气清净器 具抗菌功能之照明灯具 松下电器 东芝工业 应用于照明灯具具防污之光触媒膜 产业 具光触媒效果之高压钠灯管 透光率好且平面光滑之照明灯具 具脱臭效能之纸箱 空气净化滤器 具脱臭效用之热风干燥器 三菱纸业 且脱臭抗菌作用之冷藏柜 适用于高温高湿下脱臭板 防臭抗菌面罩 密室环境的净化设备 石川岛播 货车与船舶之防污 磨重工业 储槽内部之净化设备 12 / 21 脱臭净化设备 低折射率且具光触媒效果之薄膜 空气净化用之光触媒 汽车用防污性光触媒膜 光触媒性亲水薄膜复合材料 防污抗菌陶瓷器 东陶机器 空气净化系统 油性防污材料 具光触媒防污之导电建材 空气清净器 大庆工业 建筑物空调系统 车用空气清净设备 土壤净化方法与器具 抗菌机能之食品储藏柜 短时间内分析光催化机能之设备 汇丰汽车 密闭空间之空气清净机 气体清净设备 大气 NOx 分解且具防污应用 日立制作 三菱 有防带电效果光触媒膜 所 有机基材光触媒形成之方法 2. 其他国家和地区的应用及产业动向 2.1 美国 光净化设备 小型化之空气清净机 具有湿度调节极高清净能力设备 合金半导体复合光触媒 应用于燃烧室内防污之光触媒 光触媒附着光源 利用光触媒之配水系统 光触媒脱臭滤器 美国的环保署(EPA)是美国光触媒研发的主要支持单位,其研发重点着重于水处理方面, 包括地下水质的改善、 事业废水处理以及河川污染等。 河川污染除了针对因农药造成污染的 研究外,对油污的研究(包含原油)亦有相当不错的成果。 2.2 韩国 韩国从 1999 年开始有光触媒的专利出现, 近年更呈倍数成长, 起始重点为光触媒材料, 近年亦开始涉入水处理与空气清净领域。在所有专利申请案件中,日本人约占了 3 成,美国 1 成,可见美日也在积极开拓韩国市场。目前韩国境内光触媒商品规模仍小,其中以 LG 电 子利用光触媒生产空气净化式空调系统与 Dohabu Cleantech 的海水净化装置最受好评。 下表(表二)为韩国部份光触媒企业相关的产业动向。 公司名称 Batu Enginnering Enpion G2K Hanlimtech Nano Nano Pac 产品 污水处理机、薄膜材 备注 Batu Co.korea 光触媒涂料、防雾材、紫外线阻隔 Enpion Co. 二氧化钛光触媒 污水处理机 光触媒、WS2 固体润滑剂 光触媒 13 / 21 Nanoin Co. Pepcon Woobo 2.3 台湾 空气清净机、除臭系统 荧光灯、人造植物 Air-green Co. Woodoind Co. 下表(表三)为台湾部分光触媒企业在产业方面的覆盖范围: 厂商资料 大同、三洋及声宝 台光、中电 东陶、TOTO 和成 相关市场信息 家电类用品 光触媒灯具 抗菌地砖 卫浴设备 14 / 21 三、光触媒在中国的发展、应用与厂家对比分析 1.光触媒在中国的发展情况 我国光催化技术研究发展大致经历了以下几个阶段: 实验室探索制备各种光催化剂, 合 成纳米粉体;改善各种光催化材料的物理、化学及光催化性能,设计复合材料;将实验室研 究成果逐步扩大到工业生产。 目前国内拥有专门从事基础研究与应用研究的队伍,分布在中国科学院、清华大学、福 州大学、大连化学物理所等单位,每年都有高水平的论文发表和专利申请。特别是理化所与 海尔、联想、圣象等企业产品进行了相应的技术产业化结合,其技术产业化应用可逐步涉及 家电(空气净化、除菌设备) 、建材(净化涂料、自洁玻璃、矿棉板) 、水处理(蓝藻治理, 工厂废水处理)等等。 我国在光触媒研究领域也投入了相当多的资金,仅 2004 年就投入了 2000 多万的科研 经费,重点研究光触媒对室内污染和大气污染的处理,并取得了许多科研成果。据吉利公司 透露,在新款车的环保方面,所有产品上都将采用最新的车内空气四重净化技术,作为吉利 博士后工作站的最新课题,吉利在部分车型试用的光触媒设备在 13 天内能把新车的甲醛浓 度降低 80%以上。 随着光催化技术的日趋成熟,中国的光催化材料产业化已开始向建材、环保、家电等各 行业应用。目前广东、北京、武汉等地很多企业都在生产光触媒产品,其中不乏有许多类似 等知名企业在自己的产品中也纷纷采用了此项功能来促进市场的发展。 据不完全统计, 截至 2006 年底中国境内经营光催化材料的企业有近 300 家,其中也不乏有国际知名化工企业, 光催化的产品已涉及多的行业,产品类型多达百种。尤其在近些年,随着人们对生活环境状 况的日益重视,这种净化抗菌多种功能的材料将会受到市场的青睐。 2.中国对比日本在光触媒行业的差距 中国现在除了在光触媒空气净化和抗菌陶瓷方面应用有所发展以外, 在光触媒的其他领 域都处于起步与实验阶段, 没有广泛应用和大规模产业化的产品, 与日本的差距保守估计为 10 年。即使在中国已经发展了 10 年的光触媒空气净化产品方面,由于工艺水平的限制,我 国和日本也是走的不同的技术路线, 日本技术主要以高浓度高分散技术为主, 而国内则根据 各个公司的技术水平采取不同的方法利用纳米二氧化钛光催化反应分解有害气体。 纳米光催化技术有以下关键工艺技术对产品应用产生巨大影响: 15 / 21 (1)核心成分是纳米二氧化钛,晶相为锐钛矿相。注意,金红石相和板钛矿相(或说 无定型)不是理想的基材,特别是板钛矿相,那是完全不会有用的,原理在于晶格结构的不 同。 (2)平均粒径要达到起码 10 纳米以内,好的通常在 5 纳米左右,因为粒径越小,比表 面积越大,反应越密集有效。 (3)分散技术。因为纳米胶体容易发生团聚,一旦大量团聚,粒径的描述就不在有意 义,活性几乎全失。 (4)附着能力。光触媒作为催化剂,具备众所周知的催化剂的一个伟大特性,那就是 几乎永无损耗,那么理论上来讲,一次喷涂,终身有效,不过前提是它要还存在在那里,如 果不能牢固的附着在家具或者墙壁的话——那是没有用的, 原来二氧化钛附着需要一定的温 度,随着技术的发展,在常温下也可以很好附着,在低温下可以实现附着的有的厂家称之为 冷触媒。 (5)它的光敏化技术要到位,一般的光触媒只能在紫外光波长以内发生反应,这也是 不行的, 因为日光只含有 3%的紫外光, 为了能在部分可见光起码 400—500 纳米波段的光之 下反应的光触媒——各国在可见光催化领域都投入了很多力量, 中国的一些厂家为了实现可 见光催化,有些在原料内添加一些重金属,对可见光进行捕捉,实现光催化光线的红移(向 可见光方向移动) ,但这种方法有二次污染的问题,重金属危害也很厉害,在这方面德国和 日本的公司有一些突破。 3.中国光触媒行业、产品及厂家对比 3.1 空气净化产品与行业情况 随着人们对生活品质要求越来越高, 中国人的家装也越来越豪华复杂, 由于木材类油漆 类的装饰材料良莠不齐, 一些家庭在装修后饱受甲醛等有害气体的侵扰, 生活水平提高后国 人的环保意识越来越强以后,人们对健康的追求越来越高,空气净化的市场也越来越大。 国内空气净化行业从 2000 年以后开始起步, 经历了十年左右的起步阶段, 到现在为止, 仍基本以中小企业为主, 净化方式以甲醛分解酶和光催化二氧化钛方法为主, 由于甲醛分解 酶的时效性不长,现主要以光催化二氧化钛为主并配以其他配方为主流趋势。 目前没有正规的行业协会,只有中国感光学会光催化专业委员会和 2011 年行业内部由 几家较大的公司和国家质量技术监督局发行了净化空气用光催化剂国家标准, 如下图 (节选) : 16 / 21 17 / 21 3.2 空气净化产品的厂家对比 对国内光触媒净化空气行业厂家对比, 我选择了行业内较为知名的九家企业, 其中有多 家都参与了国标净化空气用光催化剂的制定。 此次厂家的对比,包括了公司简介与规模,公司的主要业务区域、技术来源、工程服务 与产品价格以及简要评价。具体内容见附 Excel 表格《光触媒除甲醛厂商对比》 经过对比我们了解,对于上门工程服务,收费在 15 元/平米~35 元/平米,相对于单独 只买产品 4 元/平米~7 元/平米的价格较高, 原因在于包含了人工和检测等费用, 但上门工程 服务一般会签订合同,保证空气治理的结果 10 年,出现问题免费重新治理。如果购买工程 装的光触媒原材料,价格会更便宜只有 1 元/平米左右。 3.3 自净产品情况 目前国内光触媒自净产品主要以抗菌陶瓷生产为主,其生产工艺主要有以下几种: (1)重金属离子法:即在高温下将重金属离子,一般多为含银离子的釉料,烧结在陶 瓷材料表面,银离子的固熔体能够抑制细菌生长、繁殖,对某些细菌还产生触杀作用。但抗 菌效果有一定局限性,并且难以持久。 (2)烧结 TiO2 法:以锐钛矿型 TiO2 为釉料,烧结在陶瓷材料表面,在紫外线 发生光催化反应,产生高活性 O2-、 ·OH 基团,分解污染物。因为只有锐钛矿型 TiO2 才发生光催化反应,对选矿提出了较高要求。 (3)高温熔胶法:一般采用高温熔胶法被覆 TiO2,同时在 TiO2 中掺杂银、铜等金属, 以提高其功效。在 TiO2 半导体光催化剂表面附着银和铜,即使在没有光照的情况下,银和 铜也具有一定的抗菌作用。特别地,由于 TiO2 光催化反应,使银或铜的光电析反应容易进 行,促使其能牢固地附着在 TiO2 半导体光催化剂表面上,在 TiO2 表面上处于附着状态的银 或铜离子,紫外线照射时,银或铜离子被还原,在其表面上析出金属铜或银,它们具有较强 的抗菌作用。TiO2 本身激发的光催化反应使陶瓷更具抗菌效果。将这种瓷砖应用于医院可 杀死附着于墙面的细菌; 用于浴室可减少由于地面和墙面上积聚的肥皂因细菌作用而引起的 粘稠状物质,起到防滑、防污的作用;用于卫生间可明显降低其中的氨气浓度,使人不会有 不适的感觉;在居室内使用抗菌保洁陶瓷,不但可以杀灭有害细菌,还可在一定程度上除去 有害气体,净化室内空气。 国内抗菌陶瓷可工业化生产的产品大部分采用第一种工艺。 第二和第三种工艺处于研发 和试产阶段,没有非常成熟的产品。来自日本的东陶集团 TOTO 海洁特瓷砖主要应用第二种 18 / 21 工艺生产,依托于领先世界的海洁特技术,集防污、抗菌、防臭、自我清洗、净化大气等独 特功能于一身,被业内誉为会呼吸的生态瓷砖。TOTO 海洁特瓷砖利用光触媒反应,能产 生超强的分解力和亲水性, 能分解空气中的水和氧气, 在瓷砖表面生成的活性氧可以氧化吸 附在瓷砖表面的污染物,抑制细菌滋生,防止污垢黏附,防止恶臭。同时,氧化钛和空气中 的水反应,在表面形成强大的亲水基,水份潜入污垢底层,浮起污垢,使海洁特瓷砖具备了 良好的自我清洁功能。实验证明,1000 平方米 TOTO 海洁特瓷砖拥有相当于 70 棵白杨树的 净化能力,经紫外线照射后,其产生的活性氧能有效分解空气中的氮化物及硫化物,从而净 化空气。对于建筑物外墙来说,使用海洁特瓷砖,不但可以起到环保的作用,更能节省下大 笔外墙清洁费。 19 / 21 四、国内空气净化市场容量分析 1. 上海市场容量估算 以上海为例,可以大概估算对于开发商、购房人或租赁人来说的净化空气市场容量,在 空气达到国家标准以后, 开发商可以提早交房、 收取租金或节省租金, 有动力进行空气治理, 治理喷涂面积一般来说是建筑面积的 2~3 倍 (只喷涂墙面为 2 倍, 再加上家具等木器制品为 3 倍,取 2.5 倍估算) : 首先,2013 年度上海楼市共计成交商品住宅 105384 套,共计成交面积 1282.3 万平; 2013 年度上海别墅共计成交 5858 套,共计成交面积 135.81 万平。假设装修后 50%的低端 用户不进行空气治理, 40%的中端客户选择每平方米 10 元的空气治理方案, 10%的高端客户 选择每平方米 30 元的空气治理方案,70%别墅用户选择每平方米 30 元空气治理费用估算: 计算公式: 1282.3 万平米 X2.5X (40%X10 元/平米+10%X30 元/平米) + 135.81 万平米 X2.5X (70%X30 元/平米)=29570 万元 其次,2013 年上海商铺共计成交 13920 套,成交面积共计 180.99 万平。假设 70%商铺 用户选择每平方米 15 元空气治理费用估算: 计算公式:180.99 万平米 X2.5X(70%X15 元/平米)=4750 万元 然后,2013 年度上海写字楼共计成交 29237 套,共计成交面积 260.1 万平;假设 70% 的写字楼用户每平方 15 元治理费用进行估算: 计算公式:260.1 万平米 X2.5X(70%X15 元/平米)=6828 万元 最后,存量房装修、国有单位与政府机构装修后的空气治理也是一个较大的市场。由于 缺乏数据支持,暂且估计为 15000 万元。 合计上述计算结果,我个人估算上海市空气净化市场容量在 5 亿 6 千万人民币左右。 2. 全国市场容量估算 由于生活水平和消费水平的限制, 空气净化市场主要存在于一线和二线城市, 其中一线 城市为北京、上海、广州、深圳,二线城市有天津、重庆两个直辖市,也有长春、南京、成 都、武汉、西安、沈阳、杭州、济南这些省会城市,也有宁波、大连、青岛、厦门等计划单 列市,估计全国市场容量为上海的 10 倍,则全国的空气净化市场容量在 56 亿元人民币。 20 / 21 五、分析结果及投资建议 首先,从宏观层面来说,中央政府部门已经把环保当做一件大事来抓,对于环保各个方 面的规范和国标相继出台,而且要求越来越严格,有助于环保产品的应用与消费者接受; 其次,从发展前景来说,这是一个朝阳行业,国人对空气质量和环保的要求越来越高, 净化空气用光催化剂正在逐步应用到老百姓的生活当中去,前景看好; 再次,从市场层面来说,国人对光触媒净化空气行业认知度较低,大部分人并不了解该 行业,行业内绝大部分也都是中小企业,没有资本雄厚的企业介入该行业并进行产品推广; 最后,从产品层面来说,行业内产品良莠不齐,国内各个厂家的技术和制造工艺也千差 万别,保证产品质量的国标刚刚建立,行业内还有待逐步规范。 结论: 如果通过贸易公司引进日本先进的空气净化技术产品到中国来, 我认为即有价格 和认知度的问题,又有国内同类产品价格对比,推广产品较为困难;如果定价过高,销售只 能面对高端用户,受众面较小。建议可以先引进国内尚未产业化的光触媒产品,如光触媒医 疗器械与用品,光触媒装饰材料等,主打高端市场,在国内未有同类产品的方面进行投资。 21 / 21


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