纳米“光触媒“技术

纳米“光触媒“技术 納米“光觸媒“技術 ?什麼是納米“光觸媒” 納米“光觸媒”是一種以納米級二氧化鈦為代的具有光催化功能的半導體材料的總稱。其利用光源做催化反應，吸收紫外線(等效波長380nm)的能量後激發電子，產生電子-空穴對，並迅速移動到材料表面，啟動吸附在材料表面的，能夠將有毒有機物氧化分解，殺滅並抑制病菌再生以及淨化大氣中氮、硫的氧化物。因其特性，納米光觸媒技術必將在環境保護及人類健康方面發揮更大的作用。 ?納米“光觸媒”的反應機理 ?銳鈦礦結晶納米TiO2是一種光催化劑，由於它的半導體性質，當受到太陽光或螢光燈光中的紫外光(380nm以下)照射時，價電子帶中的電子被激發到傳導帶，在TiO2原子表面產生電子(e-)---正孔(h+)效應2，3)。飛出的電子e-與空氣中的氧相結合，生成「O-2」。電子飛出形成的正孔h+奪取空氣裏水的電子，形成「-OH」。這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極強的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣、體病毒、黴菌等有機化和物分解無害化，使NOX，SOX轉化定著而無害化。 圖1:飛出的電子e-與空氣中的氧相結合， 圖2:電子飛出形成的正 孔h+奪取空生成「O-2」。 氣裏水的電子，形成「-OH」。 圖3:這種由於電子遷移效應，所產生的「O-2」與「-OH」具有極 強 的氧化分解能力，使與之接觸的形成惡臭與污穢的油分雜菌有害氣 體病毒黴菌等有機化和物分解無害化，使NOX，SOX定著而無害化。 ?納米“光觸媒” 的功效 納米“光觸媒”有抗菌防黴、空氣淨化、防汙自潔、釋放負氧離子等功效。具體為: 抗菌防黴——二氧化鈦在光照射下，產生氫氧根自由基等活性氧比常用作消毒殺菌的氯氣、次氯酸、雙氧水和臭氧等具有更強的氧化能力，發揮抗菌作用而使細菌或黴菌的繁殖中止，也使 細菌或黴菌釋放出的毒素分解。 “光觸媒”在光照下能夠分解空氣中的甲醛、苯、二甲苯等有 空氣淨化——納米 害物質，並能將其完全分解成二氧化碳和水，與傳統的除味劑、遮覆劑不同，光觸媒才是一種能徹底分解有害物質的環保材料。 防汙自潔——將光觸媒塗刷於建築物的外牆時，就可利用太陽光將氮氧化物或硫氧化物分別氧化成硝酸根離子或硫酸根離子，下雨時可將硝酸根離子或硫酸根離子沖刷下來，就這樣可持續不斷地進行光觸媒反應，從而除去大氣中的氮氧化物或硫氧化物。用光觸媒可以分解汙物，據此，可製備自淨化材料。尤其是對於一點點增加的油污或香煙焦油的效果最大。利用這些材料，可生產出應用於建築材料、外牆、窗玻璃等各種各樣的產品，推進自淨化技術的發展。 釋放負氧離子——納米“光觸媒”在陽光或燈光照射條件下，還能夠釋放出負氧離子，從而營造一個更加清新自然的環境。據日本等發達國家的研究資料論證，100帄方米的納米“光觸媒”塗層表面釋放的負氧離子，可以發揮相當於4棵4米高的白楊樹的淨化空氣效果，能還人們一個真正綠色清新的生存空間。 ?納米“光觸媒”應用現狀及前景 在納米“光觸媒”應用現狀方面，技術領先國為美國、日本、德國。1、美國於2001年末著重在土壤與地下水中污染物去除在光 觸媒應用研究方面，美國能源部(DOE)與數個私人公司(包含加拿大所屬公司)合作共同開發廢水處理制程，並以此為基礎延伸發展至廢氣處理。另外，美國Sandia國家實驗室(SNL)， 在其納米計畫中即包含光觸媒研究專案。其他尚有PPG公司生產的抗汙玻璃及除霧汽車後照鏡等商業產品上市。2、日本:著重在民生用品(室內空氣淨化)開發及市場化運作方面。日本三菱、豐田、大金、東陶等國際知名公司積極往家電、小型空氣淨化產品及衛浴用品等各式各樣民生用品開發。日本產總研(AIST，原工技院)亦開發都市道路光觸媒淨化NOx廢氣技術。日本在地鐵等交通工具上都已噴塗光觸媒，並且在年檢時作為一項檢驗標準。3、德國:著重在光觸媒工業製造方面。德國Bayer公司(Wiederhoft et. al., 1998)發展出光觸媒工業製造專利，生產1-10 nm的結晶微粒懸浮液。此外，商業化產品尚有DSCB生產之抗汙建材。 我國雖然起步較晚但近年發展迅速，碧華公司已與國內光觸媒領域主要研究機構包括中科院半導體研究所，中科院生態環境研究中心，中科院理化技術研究所，中科院化學所膠體、介面與化學熱力學院重點實驗室，國家衛生部疾病預防控制中心，清華大學環境品質檢測中心，北大醫學部公共衛生學院等國家科研機構建立長期技術合作關係。碧華公司在中國成功的施工案例，包括施工的北京奧運會鳥巢，上海世博會中國館等。 ``應用案例一: :日本一老人院進行光觸媒施工以後室內甲醛濃度變化資料 在日本相關報 圖4 導: 老人?福祉施設 施設管理者の 皆様へ 抵抗力の弱い老人施設にお勧めします。 エレベーター、手すり、出入り口、ドアノブ等の不特定多数の人が触れる部分については、長期間抗菌効果を発揮する光触媒コーティングをお勧めします。 白衣、ユニホーム、ベッド等にコーティングする事により、汚れが落ちやすくなると同時に、抗菌効果も発揮し清潔さも保てます。 ※,,,,,回洗濯しても、抗菌効果は変 わりません。 療養室、汚物室、浴室、トイレ、エレベーター、診察室、厨房などの臭いや清掃でお困りではありませんか,当社がお勧めする抗 菌コート剤『光触媒CSC』で悪臭を分解?消臭してみませんか。また風呂?トイレもコーティングする事により掃除?メンテナンスが非常に楽で、簡単に汚れを落とす事が可能になります。さらに大腸菌?緑膿菌?黄色ブドウ球菌?メチシリン黄色ブドウ球菌に対しても強い抗菌力を示し、院内感染防止対策としても高い効果が確認されています。もちろん主成分の銀系酸化チタン(TiO2+Ag2O)の安全性についても実証されています。 つづいて療養室、風呂、トイレ、窓ガラス、ロビー、玄関ドア等を抗菌コート剤『光触媒CSC』でコーティングするメリットを紹介いたします。 應用案例二: 圖5:日本東京橫濱國立大學利用光觸媒開發抗菌醫療器械 醫療器械直接與患者接觸的機會多，注意勢必要的。特別是像經過皮膚表面進入人體的輸血管、導尿管等，醫療現場細菌感染危 險性大。 應用案例三: 圖6:日本光觸媒口罩衛護用品 光觸媒無紡布製作的護士服，口罩在日本已經得到普遍應用。Sohu.jp2009年10月06日報導僅日本佐賀縣一家小工廠根據甲型流感的市場需要日三班增產光觸媒口罩，達到月產500萬隻，已經在醫藥店販賣。特別在老人院除了光觸媒抗菌噴塗施工中廣泛使用光觸媒加工衛護產品。 應用案例四: 圖7:治療前患處取樣 治療後患處取樣 經日本醫學屆同仁實際病例研究證實應用光觸媒溶劑治療對於過敏性以及異常過敏性皮炎有效，該患者于2000年9月21日接受光觸媒溶劑治療，2000年10月27日治療期結束。 應用前景?醫學領域 在日本TOTO公司製造了一種含有分子識別機能的二氧化鈦複合體的分散液，並且申請了專利。該發明是從二氧化鈦的分子識別機能與光觸媒機能相結合問題入手，發明的目的是提供一種能與內分泌擾亂物質、病因分子、癌細胞等特異結合，並且由於光觸媒作用而使其分解的具有分子識別機能與光觸媒機能相結合的二氧化鈦複合體的分散液。 二氧化鈦光觸媒技術的具體醫學應用如下: ?在疾患治療中二氧化鈦光觸媒可能適應的疾患群 圖8:二氧化鈦複合體的分散液原理示意圖 細胞癌化情報的轉達是與遺傳子的異常密切相關的。現在對於癌的治療有手術療法、放射線療法、化學療法、免疫療法、溫熱療法、光化學療法等等，確實都有效果。光化學療法一般是指使用感光色素與鐳射的治療方法。這裏介紹的是應用光觸媒的殺細胞效果的光化學療法。如前所述，手術室一樣的亮度就足可以激發光觸媒使大腸桿菌或葡萄球菌死滅。橫濱市立大學醫學部進行研究，以光觸媒療法為主攻目標，結果表明對於癌細胞的滅死有效。研究結果發表於國際腫瘤學研究領域知名雜誌《Cancer Research》。 圖9:橫濱市立大學醫學部進行研究成果截圖 應用前景?環保領域 如何處理廢棄物設施的焚燒爐的廢氣中的二惡英已成為嚴重的問題，造紙工業廢水中含二惡英或垃圾焚燒場的廢氣洗淨水(清洗水)含二惡英的處理也將是潛在的問題。特別是最近已從一些江河水中檢出嚴重超標的二惡英，為此，應用光觸媒分解二惡英水處理裝置等也在開發之中。 應用前景?農業及食品領域 近年來, 納米TiO2 光半導體材料在農業環境領域的研究與應用也逐漸引起人 們的關注, 特別是在防治植物病害、改善光合機能、降解農藥污染、果蔬儲藏保 鮮以及調節高等植物生長發育等眾多方面的最新研究成果。