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竹炭的神奇功能 人类的健康卫士
张齐生 周建斌
一、 引言
竹类植物，秀丽挺拔、四季常青、既可用于绿化，又可用作材料。在它们有生命的时候，地下茎年年行鞭、出笋、成竹。提供竹笋，成为人类的保健食品；留笋成竹，使竹林子孙满堂，家族兴旺，吸收二氧化碳，放出氧气，维护着优美的生态环境；在被砍伐作为材料时，竹材可以“代木”，用它制作家具、农具、各种人造板、编织工艺品及生活用品；它还可以“胜木”，用来制造一般木材不能制造的高强度、高弹性模量的集装箱底板，铁路平车地板、性能优良、多姿多彩的竹地板等产品。更鲜为人知的是它还可以制成竹炭、成为人类健康的卫士。
二、竹炭的形成
中国是世界上炭的发源地，早在一千多年前的唐代，白居易就留下了“卖炭翁”的悲壮诗篇；古人除了把炭作为烧饭、取暖的燃料之外，也巧妙地把炭作为防腐、杀菌、保鲜剂加以应用，这在中国的古代历史中可以找到大量的例证。
竹炭是竹材在高温、缺氧（或限制性地通入氧气）的条件下，使竹材受热分解而得到的固体产物。在制备竹炭的同时，还可以得到一种用途广泛的液体产物??竹醋液。根据竹材炭化过程中的温度及液体、气体产物的变化规律可以认为，竹炭的形成先后经历了竹材干燥阶段（炉(窑)内温度≤120℃）、竹材预炭化阶段（120?260℃）、竹材炭化阶段（260?400℃）、竹炭精炼阶段（≥400℃）。形成竹炭的最终温度不仅对竹炭的产量、生产成本、竹炭的得率有影响，而且对竹炭的性能、用途更具有重要的意义。竹炭可用传统的砖砌窑和现代化的机械炉来生产。传统的砖砌窑虽然投资较少，但生产周期长，烧一窑炭通常需要20多天时间；生产过程中温度不易控制，质量不均匀，竹醋液的提取和可燃气体的回收利用都很不方便；由于窑的密封性难以保证，竹炭的得率较低，通常竹材制炭的得率为15-17%。若采用不锈钢的机械炉，则投资虽有所增加，但烧一炉炭的周期可以大大缩短，通常可缩短至8-10小时，由于密封性能好，竹材制炭的得率可以达24-26%；由于温度均匀，竹炭的质量稳定，更为有利的是可以在烧制竹炭的同时，将竹焦油、竹醋液分别精炼出来，并将可燃气体送入炉膛内作燃料燃烧，实现竹材的循环利用。用机械炉制炭，4-4.5吨含水率为20%左右的竹材可制取1吨竹炭；而砖砌窑则需要6-6.5吨竹材才能生产1吨竹炭，在生产1吨竹炭的同时，两种制炭方法都可以获得400?450公斤竹醋液。
图2. 不锈钢机械炉制炭设备外观及原理图
竹材是一种天然生长的有机体，其主要化学成分是木质素、纤维素、半纤维素及糖份、淀粉、蛋白质等多种营养成份，它的结构和化学组成和木材既有相似之处又有不同之点。竹材在特殊条件下形成竹炭以后，虽然失去了往日作为材料的纹理通直、颜色简洁、强度高、韧性好等优良的性能，成为具有一定强度和硬度的黑色炭材。竹炭虽然从里到外全身发黑，看起来貌不惊人，但它却具有毫不利已、专门利人的高尚品质。在科学技术高度发达、人类生存环境遭受严重破坏的今天，它成为人类的健康的卫士，它所到之处，不讲条件、不计报酬，勇于牺牲。遇到空气，它吸收空气中的各种有害气体于一身，使室内空气得以净化而变得清新；在水里它可以吸收水中有害物质而使普通水成为优质饮用水；它还可以帮助人们去病、防病，增强体质。究其根源，竹炭的这些特殊性能主要来源于自身的特殊微观结构。
三、竹炭微观结构与其性能关系
地球上没有任何一种元素象碳这样由单一元素形成而结构却千变万化、性能无穷无尽、用途多种多样。碳之所以能够如此，主要是由于原子键合方式、分子结构类型以及集合形态的多样性而产生的。碳位于化学元素周期表的第六位，碳原子在与其他原子结合时，会产生不同形式的杂化，碳原子分别按三种典型键合方式形成单质碳时则为金刚石，石墨和卡宾，它们的性能也有明显的差别。然而，不少情况下炭材料具有上述三种键合方式，并兼有芳烃交联键的无数非典型结构。而且碳原子的最外层既有失电子又有得电子的趋势，且键能较高，因此，能够形成种类繁多，性能各异的炭材料。
碳的同素异形体中，由于碳原子的结合方式不同，单质的碳主要有四种同素异性体，即金刚石，石墨、卡宾和富勒烯（包括碳纳米管），如图4所示。金刚石中的碳原子以SP3杂化；石墨中的碳原子以SP2杂化；卡宾碳的结合方式为SP杂化；富勒烯和碳纳米管中碳的杂化方式为SP2＋s，s的值大于0小于1。
金刚石原子结构 石墨原子结构 富勒烯（C60）原子结构 碳纳米管结构
多孔炭材料的性能与其发达的孔隙结构有着密切的关系，例如炭材料的吸附性能、催化性能及电性质等无不与炭材料的微观结构有关，因而研究炭材料微观孔隙结构就具有重大的意义。
从不同炭化温度的竹炭的维管束、薄壁细胞、导管形成的微观孔隙结构，其形状非常类似并接近于由五元环和六元环所组成的洋葱状富勒烯（C60）和展开的碳纳米管结构。而在荷木木炭、乌冈木木炭及活性炭的微观孔隙结构图上，却看不出有这种相似性。
竹炭所具有的类似并接近于由五元环和六元环所组成的洋葱状富勒烯（C60）和展开的碳纳米管结构的特殊孔隙形状是各种以木材为原料而制成的木炭所不具备的孔隙结构。因此我认为竹炭的这种特殊的微观孔隙结构是竹炭具有特殊性能的根本原因。
四. 竹炭的主要特性
1. 竹炭的元素组成
竹材炭化后得到的竹炭，其元素组成主要是碳、氢、氧和氮等元素，另外还有硅、镁、钠、钙等金属元素及非金属元素。研究结果表明，碳和氮元素的含量随炭化温度的升高而升高，氢、氧元素的含量则随温度的增加而减少，炭化温度从200～1000℃时，碳元素的含量从52.06%增加至85.42%，氮元素的含量从0.12%增加至0.68%，氧元素的含量则从38.55%减少至4.85%。竹炭的灰份含量随着炭化温度的升高而增加（2.26%～4.69%），竹炭中的灰份元素组成较复杂，竹材中含有的无机成分都留在灰份中，其中含量相对较多的有钾、镁、钠、钙、铁等。
还有一些人体需要的微量元素如铜、硒、锌、锶等，而对人体有害的重金属元素含量很低，都在安全范围内。利用竹炭中的这些元素，将竹炭加工成片炭，用于烧水和煮饭。有一项试验将50g竹炭放在1000cc水中煮沸10分钟，测定水中矿物质浓度的结果如下：
表1 竹炭在水中煮沸后矿物质浓度的变化（mg/L）
矿物质名称 钾 钠 铝 镁 钙
第一次第二次第三次对照 11.46.15.60.1 0.840.820.780.32 0.0320.020.020.02 0.0790.0550.0530.056 0.50.370.20.38
竹炭加入水中后，由于大量的钾、镁、钙等矿物质元素溶解在水中，增加了人体所必须的营养成分，同时可使水中的分子团变小，有利于人体吸收。试验还表明自来水经竹炭处理后，自来水中2.4-二氯苯酚去除率可达100%，效果十分明显。由于上述作用，片炭用于烧水或者煮饭，其效果就显而易见了。
2．竹炭的比表面积和导电性能
竹炭内部形成的各类孔隙，具有微孔、中孔和大孔，因而竹炭中的这些孔隙的内表面积之和就称为比表面积，使它对多种有害气体具有很好的吸附能力。比表面积的大小与炭化温度有关，炭化温度为700℃左右时其比表面积最大，约为385平方米/克，温度过高或过低，比表面积都会减小。
表2 炭化温度与竹炭的比表面积关系
最终炭化温度（℃） 300 400 500 600 700 800 900 1000
比表面积（m2/g） 23 133 326 360 385 239 133 35
竹材和木材一样，通常都是不良导体，可称为绝缘体。但形成竹炭以后，导电性能发生了极大的变化，当炭化温度为700℃左右时的竹炭，其电阻率仅为5.40×10-5Ωm，显示出良好的导电性能，可称为导体。通常竹炭的导电性随炭化温度的升高而增长。木炭虽有类似的趋势，但数值差异很大。
表3.竹炭的导电率与炭化温度的关系
炭化温度（℃） 300 400 500 600 700 800 900 1000
竹炭电阻率（Ωm） 0.186 9.5×10-2 7.4×10-2 3×10-2 5.4×10-5 2.1×10-5 1.45×10-5 8.29×10-6
木炭电阻率（Ωm） 1×107 0.5 7×10-2 4.0×10-2 6×10-3 4×10-3 3×10-3
3．竹炭产生远红外线和负离子
(1)竹炭的远红外：
远红外线是波长在0.78-300um的电磁波(近红外：0.78-3um；中红外： 3-30um；远红外： 30-300um)，具有不受空气影响而直接到达接受对象的特性。而人的皮肤通常为有机体，对远红外线吸收率高，传热率也高。一旦接受远红外线就能迅速达到皮肤内层，特别是对4-14um波长的红外线的吸收效果最为明显，使人体产生体感温度上升的作用，还具有抑菌、防臭、促进人体表面微血管的血液循环等功能，达到保暖保健、促进新陈代谢之功效。对于预防和治疗关节炎、失眠等病症有明显作用。
竹炭具有产生红外线的功能，测试的结果见表4所示：
表4竹炭的红外辐射率
样品 法向比辐射率
文照竹炭 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
0.90 0.90 0.91 0.90 0.90 0.89 0.91 0.90
备注: F1?全波长积分发射率
F2?(8～25um)积分发射率
F3?8.45um积分发射率
F4?9.50um积分发射率
F5?10.60um积分发射率
F6?12.00um积分发射率
F7?13.50um积分发射率
F8?(14～25um)积分发射率
(2)竹炭负离子：
负离子是空气中一种带负电荷的气体离子，负离子是在一定的条件产生的。例如，由于强烈的紫外线和宇宙射线照射，外层电子吸收能量成为自由电子；大气中闪电、强电场，岩石、土壤中的射线也能使空气发生电离；瀑布、喷泉、海浪、雨水等会使水与空气摩擦而产生自由电子。这些自由电子，如果被氧分子捕捉后就会产生大量的负氧离子。
空气中的负离子主要是负氧离子被吸入人体后，能调节神经中枢的兴奋状态，改善肺的换气功能，促进新陈代谢。它还对高血压、气喘、流感、失眠、关节炎等许多疾病有一定的治疗作用。
将10g竹炭样品放置在1m3的密封仓中12小时，用静态法负离子测试仪连续测试，空气负离子浓度增加量为170个/cm3。这充分证明了竹炭具有产生负离子的功能。
4.竹炭吸收空气中的有害气体的能力
将甲醛、苯、甲苯、氨、三氯甲烷等五种典型的有害有毒气体，用一定质量的不同炭化温度的竹炭(300-1000℃)对他们进行吸附，研究竹炭对上述有害气体的吸附能力。
(1)竹炭对甲醛的吸附性能
当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m3时就有异味和不适感；0.5mg/m3可刺激眼睛引起流泪；0.6mg/m3时引起咽喉不适或疼痛；浓度随着升高还可引起恶心、呕吐、咳嗽、胸闷、气喘；当大于65mg/m3时甚至可以引起肺炎、肺水肿等损伤，甚至导致死亡。据流行病学调查，长期接触甲醛的人，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮肤和消化道的癌症，国际癌症研究所已建议将其作为可疑致癌物对待。
不同炭化温度的竹炭对甲醛的吸附率见图6。
从图5可以看出竹炭对甲醛吸附能力，最高的能达到19.39%，（炭化温度为900℃时的竹炭），其它条件的竹炭对甲醛的吸附率大于16%，说明最终炭化温度和比表面积对竹炭吸附甲醛率的影响不是很大。另外，竹炭对甲醛的吸附持续时间长达24天。
(2)竹炭对苯、甲苯的吸附性能
苯、甲苯是重要的芳香族烃有机化工原料之一，广泛运用于合成树脂、合成纤维、塑料、橡胶、洗涤剂、染料、农药、医药等方面作为原料和溶剂。在建筑装饰的涂料、填料及墙纸等装饰材料中都含有苯和甲苯。
人在短时间吸入苯、甲苯时，可出现中枢神经系统麻醉。长期吸入，能导致再生障碍性贫血，并可引起白血病。苯化合物已被世界卫生组织确定为强烈致癌物质。
不同炭化温度的竹炭对苯、甲苯的吸附率见图7和8。
从图7中可以看出，竹炭对苯的吸附较快地达到了平衡，当炭化温度为500℃、600℃、700℃，吸附时间1天时，其吸附率就达到了较高值，分别为10.08%、9.65%、8.69%，说明中温炭对苯的吸附速度较快，这也证明了对苯的吸附性能主要是其比表面积在起作用。
从图8中可以看出，竹炭对甲苯的吸附与竹炭对苯的吸附类似，也是当炭化温度为500℃、600℃、700℃时，吸附时间为1天时，其吸附率就达到了较高值，分别为8.42%、8.14%、5.65%，说明中温竹炭对甲苯的吸附也较快，这也说明了对甲苯的吸附性能主要是其比表面积在起作用。
(3)竹炭对氨的吸附性能
氨是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，人可感觉最低浓度为5.3ppm。氨是一种碱性物质，它对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用。氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体对疾病的抵抗力。
不同炭化温度的竹炭对氨气的吸附率见图9。
由图9可以看出在炭化温度较低时（300℃、400℃）竹炭对氨气有很好的吸附能力，其吸收率达到30.65%和22.73%，而且其吸附持续时间较长，达到了24天。这主要是因为竹炭在低温炭化时其pH值较低，呈酸性，而氨气是呈碱性的，所以竹炭对氨气的吸附主要体现在化学吸附，而不仅仅只发生物理吸附。
(4)竹炭对三氯甲烷的吸附性能
三氯甲烷代表卤代烷烃类有机化合物在室内环境的污染情况。研究竹炭对三氯甲烷的吸附性能具有重要的意义。
不同炭化温度的竹炭对三氯甲烷的吸附率见图10。
从图10中可以看出，当炭化温度较低时（如300℃），竹炭对三氯甲烷的吸附性能很好，达到40.68%，而且其吸附持续时间较长，达到了24天。竹炭对三氯甲烷的吸附率随炭化温度的升高而降低。而黄彪研究的杉木炭化物对三氯甲烷的吸附率最大值出现在600℃，吸附率为8.5%，从这一点可以看出竹炭与木炭对三氯甲烷的吸附率有很大的差别。
另有一项国家环保产品质量监督检验中心检验报告的实例：将1.25kg竹炭，放在1M3的气候箱中，经24、48小时测定，4种有害气体的浓度的降低率和有害菌的杀菌率如表5。
表5 有害气体浓度的降低率和有害菌的杀菌率
检测项目 初始浓度 24小时浓度 48小时浓度 去除效率 %
甲醛浓度，mg/m3 0.984 0.570 0.150 84.8
氨浓度，mg/m3 2.22 0.988 0.221 90.0
苯浓度，mg/m3 0.967 0.563 0.0787 91.9
总挥发性有机化合物(TVOC), mg/m3 5.50 2.52 0.517 90.6
空气中细菌总数，mg/m3 4130 2250 490 88.1
5.竹炭吸收水体中有害物质的能力
人类的生活和生产活动产生的大量污水排入江河，使江河水体的生态系统遭受破坏、水体受到污染，竹炭可以净化和明显地改善水体中的重要水质指标，目前的初步研究效果如下：
对污水中的色度和浊度去除效果明显：
有色废水排入水体，使天然水体着色，减弱水体的透光性，称为色度；泥沙、粘土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质形成水体混浊，称为浊度，可使光散射或吸收，影响水生物的生长。研究结果显示，将0.2克竹炭加入80毫升污水中，经竹炭吸附处理后，污水的色度去除率可达80%；将0.2克竹炭加入80毫升污水中，经竹炭吸附处理后，浊度去除率可达73%。若加入稍多的竹炭对污水进行吸附处理，色度和浊度的去除率将会更高。
对污水中化学耗氧量（COD）的去除效果明显：
水体中有机物含量过高可降低水中溶解氧的含量。当水中溶解氧耗尽时，水质则腐败变臭，导致水生生物缺氧以致死亡。因此在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量作为水的一项重要指标，称为化学耗氧量（COD）。研究结果显示，将适量的竹炭加入污水中，经竹炭吸收处理后，COD值去除率可达54%。生物耗氧量（BOD）由于试验条件的限制，去除效果目前尚未进行研究。
对污水中总氮的去除效果显著：
生活污水和工业污水排入水体，使水中的有机氮和无机氮化合物含量增加，生物和微生物大量繁殖，消耗水中溶解氧，使水体质量恶化造成浮游生物繁殖旺盛，出现富营养化状态。研究结果表明：将0.2克竹炭加入80毫升污水中，经竹炭吸附处理后，污水中总氮去除率可达71%.
对污水中总余氯的去除率接近100%：
水体中过量氯离子是引起人体组织癌变的重要机因，而自来水厂需使用漂白粉对水体进行净化，因此余氯含量是水质的重要指标。研究结果显示：竹炭对水体中2,4?二氯苯酚的吸附量较大，原水加炭处理后的水样中未检测出有2,4?二氯苯酚；某种炭化温度的竹炭对水中余氯的去除效果达到100%，可以说竹炭对氯的去除率有奇效。
对污水中有机磷农药的去除有一定效果：
研究结果表明，竹炭对水体中乐果的去除效果达70%；甲基对硫磷达60%。
6. 竹炭的调湿功能
当环境湿度很大时，竹炭利用其吸湿作用，吸附室内空气中的水分；反之，当环境湿度很小时（即干燥时）竹炭利用其解吸作用，放出水分，以达到调节室内空气湿度的作用。研究结果表明, 在相对湿度为95%时的吸湿率可以达到14%，即在室内放置100公斤竹炭，可以吸收空气中14公斤的水蒸汽。当空气湿度降低时，竹炭可自行向空气释放水分，以达到调节湿度的功能。
五、纳米改性竹炭
活性炭和竹炭等都具有发达的孔隙结构，可以吸附有害物质，但它们的吸附存在饱和现象。即吸附到了一定的时候，就不具有吸附作用，而且存在对环境二次污染的可能性。
竹炭由于只经过炭化阶段，而不像活性炭那样一定要经过活化阶段，因此竹炭的孔隙要比活性炭大（活性炭微孔占主导作用）。活性炭微孔的直径≤20Å（2nm），竹炭的孔隙以大孔为主，其直径以200nm左右为主。
纳米Ti02光催化剂可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能将有毒、有害物质（如：甲醛、苯、甲苯、氨等）分解为无毒、无害的二氧化碳和水；同时纳米光催化剂超强的氧化能力可破坏细胞的细胞膜，使细菌质流失而死亡，凝固病毒的蛋白质，抑制病毒的活性，并捕捉、杀除空气中的浮游细菌，具有极强的防污、杀菌和除臭功能。
为了克服竹炭的吸附性能存在饱和现象的缺陷，研究把纳米材料负载到竹炭上，使竹炭性质发生根本的变化，得到纳米改性竹炭光催化吸附、杀菌剂,使竹炭的吸附作用和纳米材料的优异性能得到了完美的结合。纳米改性竹炭能将有毒、有害物质分解为无毒、无害的二氧化碳和水，同时该产品具有抑菌、杀菌能力，这样就解决了竹炭吸附饱和性的问题。
1. 纳米改性竹炭的微观结构
图11是炭化温度为700℃时纳米改性竹炭的扫描电镜图，从中可以清晰的看到纳米材料负载到竹炭的孔隙边沿和孔隙的表面，这样既保持了竹炭原有的特殊孔隙结构，又没有把孔隙堵塞，保证了竹炭的吸附性能和纳米材料的优良性能。
2. 纳米改性竹炭的抑菌功能
抑菌作用的判断方法：在细菌培养皿上，放置3mm圆形抑菌试验样品，经48小时培养，观察、测量。当：抑菌环直径大于7mm者，判为有抑菌作用。抑菌环直径小于等于7mm者，判为无抑菌作用。三次重复试验均有抑菌作用者，判为合格。阴性对照组应无抑菌环产生，否则试验无效。
对大肠杆菌（Escherichia coli）的试验结果见图12。
经抑菌、抗菌试验，结论如下：
(1)两种纳米改性竹炭（颗粒、粉末）对大肠杆菌具有很好的抑菌能力，防治效力E=100%。而纳米TiO2、磷酸法活性炭和商业竹炭没有抑菌能力，它们的防治效力E=0
(2)竹炭香波和竹醋液香波对大肠杆菌有很好的抑菌能力，它们的防治效力E=100%。
(3)对金黄色葡萄球菌的抑菌率试验为99.84%，该样品对金黄色葡萄球菌有抑菌作用。
(4)对白色念珠菌的抑菌率平均为99.61%，该样品对白色念珠菌有抑菌作用。
3.纳米改性竹炭对甲醛、苯、甲苯的吸附与降解
纳米改性竹炭的净化过程包括吸附与降解两个部分。吸附过程与竹炭吸附性质有关，吸附为纳米二氧化钛的光催化提供了高浓度环境，从而大大加快了纳米材料光催化降解有毒、有害物质的速率。而它的降解是在光的作用下，竹炭表面吸附的有害气体通过纳米二氧化钛光催化剂的表面发生光催化降解反应。
(1)对甲醛的吸附与降解
表6 纳米改性竹炭吸附、降解甲醛的能力
光照条件 紫外灯 日光灯 白炽灯 自然光
甲醛的初始浓度（mg/m3） 500 500 500 500
12h后甲醛浓度（mg/m3） 15 38 56 110
12h后净化率（％） 97.0 92.4 88.8 78.0
二氧化碳增加量（mg/m3） 150 116 105 90
注:二氧化碳的增加量被认为全部由污染物降解生成
从表6中可以看出，在各种光照条件下，纳米改性竹炭对甲醛的净化效果明显，在紫外灯的作用下，甲醛的净化率在12h后达到97.0％，而且二氧化碳的增加量最多（达到150mg/m3），说明其对甲醛的分解贡献最大。在日光灯和白炽灯的作用下，甲醛的净化率在12h后分别达到92.4％和88.8％,其二氧化碳的增加量分别达到
116mg/m3和105mg/m3。在自然光的作用下，纳米改性竹炭对甲醛的净化率也达到78.0％。光催化甲醛降解的反应过程如下：
从甲醛的降解氧化过程可以看出，甲醛在●OH自由基的攻击下，可以转换成无毒、无害的二氧化碳和水。因此也可以期待，吸附在竹炭中的甲醛，完全可以全部降解氧化。
纳米改性竹炭吸附、降解苯的能力见表6。
表7 纳米改性竹炭吸附、降解苯的能力
光照条件 紫外灯 日光灯 白炽灯 自然光
苯的初始浓度（mg/m3） 400 400 400 400
12h后苯浓度（mg/m3） 26 49 60 106
12h后苯净化率（％） 93.5 87.8 85.0 73.5
二氧化碳增加量（mg/m3） 110 76 69 54
从表7中可以看出，在各种光照条件下，纳米改性竹炭对苯的净化效果较明显，但比纳米改性竹炭对甲醛的净化效果要低一些，主要是因为苯的化学稳定性比甲醛要高和苯降解的步骤复杂。同样，在紫外灯的作用下，苯的净化率在12h后达到93.5％，而且二氧化碳的增加量最多（达到110mg/m3），说明其对苯的分解贡献最大。在日光灯和白炽灯的作用下，苯的净化率在12h后分别达到87.8％和85.0％,其二氧化碳的增加量分别为76mg/m3和69mg/m3。在自然光的作用下，纳米改性竹炭对苯的净化率也达到73.5％，二氧化碳的增加量达到54mg/m3。
苯光催化反应过程如下：
从苯的降解过程可以看出，苯在纳米TiO2产生的正电性空穴（ｈ+）的攻击下，苯环首先生成苯正离子，苯正离子与水反应生成苯酚自由基，苯酚自由基在正电性空穴（ｈ+）的攻击下，生成3，5－环己二烯－1，2－二醇，再在正电性空穴（ｈ+）的攻击下生成2，4－己二烯－1，6－二醛（开环），又受到带负电的氧原子自由基（●O2－）的攻击，生成2，4－己二烯－1，6－二酸，最后在带负电的氧原子自由基（●O2－）的攻击下可以转换成无毒、无害的二氧化碳和水。
4.纳米改性竹炭对甲苯的吸附与降解
表8 纳米改性竹炭吸附、降解甲苯的能力
光照条件 紫外灯 日光灯 白炽灯 自然光
甲苯的初始浓度（mg/m3） 400 400 400 400
12h后甲苯浓度（mg/m3） 22 47 52 93
12h后甲苯净化率（％） 94.5 88.3 87.0 76.8
二氧化碳增加量（mg/m3） 122 91 79 60
从表8中可以看出，在各种光照条件下，纳米改性竹炭对甲苯的净化效果较明显，而且比纳米改性竹炭对苯的净化效果要高一些，主要是因为苯的化学稳定性比甲苯要高。同样，在紫外灯的作用下，甲苯的净化率在12h后达到94.5％，而且二氧化碳的增加量最多（达到122mg/m3），说明其对甲苯的分解贡献也最大。在日光灯和白炽灯的作用下，苯的净化率在12h后分别达到88.3％和87.0％,其二氧化碳的增加量分别为91mg/m3和79mg/m3。在自然光的作用下，纳米改性竹炭对甲苯的净化率也达到76.8％，二氧化碳的增加量达到60mg/m3。二氧化碳的增加量比苯多，主要是甲苯多了一个甲基，它的最终产物也是二氧化碳。
甲苯光催化反应过程如下：
从甲苯的降解过程可以看出，甲苯在纳米TiO2产生的氢氧根自由基（●OH）的攻击下，甲苯生成2－甲基苯酚自由基，2－甲基苯酚自由基攻击O2，生成2－羟基苯甲酸，2－羟基苯甲酸在带负电的氧原子自由基（●O2－）的攻击下生成2，4－己二烯－1，6－二酸（开环），2，4－己二烯－1，6－二酸又受到带负电的氧原子自由基（●O2－）的攻击，转换成无毒、无害的二氧化碳和水。
