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奈米鈦光觸媒

網路轉載 / 2009-06-21

1.光觸媒
光觸媒:與光有關係的觸媒,在利用光能轉換成化學作用之化學轉換。在此是以(TiO2)二氧化鈦當作觸媒的元件, TiO2本身是一種催化劑,具備很強的氧化能力,穩定性高。TiO2光觸媒之強力分解力,比用於水處理之氯氣、過氧化氫、臭氨等還要強幾乎可分解任何物質、而且極為安全。

光觸媒顧名思義,即是以大自然太陽光,或照明光源特定波長光源的能量來作為化學反應能量來源,利用二氧化鈦作為觸媒催化物,加速大氣中物質的氧化還原反應,使周圍之氧氣及水份激發成極具活性的-OH-及-O2-自由離子基,這些氧化力極強的自由基幾乎可分解所有對人體或環境有害的有機物質及部分無機物質,使非穩定及有害物質迅速氧化分解反應,而再還原結合為穩定且無害物質,以達到淨化大氣之功用。

TiO2在吸收太陽光中紫外線;或照明燈中的紫外線光;後所產生類似植物光合作用原理(稱為光觸媒作用),其強大的氧化作用可以輕鬆分解空氣中的細菌(有效除去病菌:大腸菌、黃葡萄球菌、綠膿菌…抑制病原的傳播,如腸病毒、流行性感冒等濾過性病毒傳染源)臭味(煙臭、腥臭、廁所臭味、寵物臭味,可徹底去除)殺菌率達99.997%!! ;日本厚生省(相當我國的衛生署)指定檢驗機關實驗證明確實有效。在日本(TiO2)二氧化鈦已經被廣泛應用且, 所開發研究的光觸媒相關產品,普及率最高、應用層面最廣。


2.光觸媒特性
光觸媒最主要的特性有三:殺菌、除臭、防霉。
(一)殺菌:當空氣中的水分子與光觸媒處理過的表面接觸後,經由紫外線的催化,產生很強的氧化作用,可以輕易地將空氣中的細菌分解,其強大的氧化作用可以輕鬆分解空氣中的細菌。
(二)除臭
在日常生活環境中最主要之臭氣源為存在著氨氣、硫化氫、甲基硫醇、乙醛等。TiO2比臭氧、負離子,更具氧化能力;比活性碳有更強的吸附力且具有活性碳所沒有的(分解細菌)的功能,然而這些物質均可在TiO2光觸媒之存在下,利用一般之日光燈即可予以充分分解。TiO2光觸媒之強力分解力可以有效分解香煙燃燒中致癌成分物質如硫化氫、二氧化硫等。
(三)防霉
物體表面發霉是因為滋生黴菌的關係,光觸媒本身殺菌的功能可輕易解決這個問題,例如將光觸媒塗裝於保存食物的蓋子或是牆壁,可以讓黴菌無繁殖的空間,自然食物保存的時間可以延長防止腸胃疾病發生,減少中毒機會,牆壁可常保清潔,防止油污灰塵附著清洗方便。

3.光觸媒應用面
光觸媒可應用之場所範圍:
1.居家場所:家中客、餐廳、房間、廚房等……天花板及牆壁。
2.公共場所:醫院、學校、幼稚園、餐廳、公共浴廁、KTV等相關營業場所。若在公共場所施予光觸媒塗裝處理,可以將細菌性疾病傳染的機率降到最低。
3.交通工具:計程車、自用小客車、貨卡車、火車、公車、大眾捷運交通車輛及飛機。大眾捷運交通工具是最封閉的小型公共場所,所以累積的病毒細菌數是最多的,政府交通單位應該正式這個問題並徹底改善交通工具內的空氣品質。

4.光觸媒學術報告
鈦金屬Ti,原子序22,原子量48.87,過渡金屬元素,在20℃×1大氣壓下為固體,Ti之地球元素存在度排行第十位。而在金屬元素之存在度僅次於鋁、鐵、Ti、其蘊藏量排行為第四位。係以二氧化鈦形態存在地球之各處、其蘊藏量有數十億噸單位之譜。
但是直到1948年才正式工業化大量生產。Ti金屬之特徵Ti為銀灰色之金屬。為質輕而堅的金屬。而且其耐蝕性高、耐酸性比鐵高,在海洋中之耐蝕性僅次於白金。與其他金屬比較、導電性及導熱性比較低。係以一種耐蝕性優異且質輕、強度等特性均衡為特徵之金屬。其融點在主要金屬中最高為1,688度熱傳導率為銅之4.4﹪、電阻為鐵之五倍以上。為何有如此多優點之金屬而不去利用,歸咎其原因是因Ti金屬元素與氧之結合力比鋁金屬更強而難以精練成金屬之故。Ti元素與氧之結合力甚強,因此必須先置換成氧化物再提取Ti。Ti金屬最被重視的特質為耐蝕性。這是因為與氧結合強度高之故。Ti金屬會在表面結合成極薄之氧化膜。


5.光觸媒概述與原理及功用
奈米光觸媒的主成分為奈米級(8-10奈米)二氧化鈦(TiO2)之中性水溶液,係藉由光(400nm以下紫外線)所產生的能量來把觸發附近的氧氣和水分子轉化成極具活性的O-、O2-、O3-(超氧離子)和氫氧自由基(OH-),以分解對人體或環境有害的有機物質(病毒、細菌、臭味、油污垢、塵蹣),而將其轉化為二氧化碳(CO2)和水(H2O),此即是光觸媒作用。當陽光或燈光中的紫外線照射在光觸媒上時,其內部的在價電子帶便會產生帶正電的正孔 (hole),而形成一組電子- 電洞對,藉以產生氧化力極強之自由基,來達到殺菌和除污的作用。 超強的氧化能力,能造成細胞死亡,降低病毒的活性,並且補捉、分解空氣中的浮遊細菌。
當灰塵落於經過光觸媒施工的外牆表面時,因為光觸媒分解污垢的自淨特性,使粉塵不易附著。

6.奈米光觸媒與光

光觸媒的主要成份為二氧化鈦(TiO2),可利用光所提供的能量來進行催化作用,進一步使觸媒周圍的氧氣或水分子轉換成極具活性的氫氧自由基,再藉由這些自由基分解對人體或環境有害的有機物質。一般的光觸媒只能吸收波長約380nm的不可見光紫外線,不但取得困難,且效能也只發揮了5%。而ARC-FLASH光觸媒卻進一步可以利用波長400nm~800nm的可見光,如此一來,能源就可隨手取得,效能也可完全發揮到85%以上。ARC-FLASH光觸媒能從源頭分解這些不利環境的有機物質,有效殺菌,徹底除臭。

7.奈米光觸媒效果

殺菌、抑菌: 超強的氧化能力,能造成細胞死亡,降低病毒的活性,並且補捉、分解空氣中的浮遊細菌。
脫臭: 比臭氧(O3)、負離子,有著更強的氧化能力,可強力分解臭源。光觸媒可以有效分解香煙燃燒中致癌成分物質,如硫化氫、二氧化硫等。
防霉: 光觸媒本身殺菌的功能可輕易讓黴菌無繁殖的空間,不但解決了發霉的問題,也去除了討厭的霉味。
自淨: 當灰塵落於經過施工的表面上,因為光觸媒的超親水特性,將讓污垢不易附著,因此建築體外觀施工後也能常保潔淨。

8.奈米光觸媒殺菌除臭的構造

二氧化鈦的表面發生氧化還原經ARC-FLASH加工後的表面,氧化還原反應反覆進行。在環境淨化中使用二氧化鈦時,周圍存在空氣。空氣中必有氧氣和水,而氧氣和水積極參與了反應結構。光觸媒反應是因紫外線照射二氧化鈦後引起的。它又被稱為光固體表面反應、光固體介面反應。二氧化鈦吸收紫外線後,氧化鈦內部生成電子與電洞,擴散到表面的電子與電洞能參與光觸媒反應,因此如能在表面獲得較多的電子與電洞,就能更進一步提高反應的效果。形成的電洞,有強力氧化能力,與附在二氧化鈦表面的水起氧化反應後,生成氫氧自由基。

9.奈米光觸媒二氧化鈦粒徑

二氧化鈦要小到奈米等級,才能夠在微觀上取得足夠大的比表面積而發揮作用,2002年美國科學人雜誌的報導便指出,一般二氧化鈦的結晶在20~250nm之間,如此大的粒徑無法發揮效用,二氧化鈦的粒徑必須要小到7nm以下才能產生效果。這是因為在三維空間裡,粒徑愈小的粒子愈能夠緊密地排列,比表面積(體積與表面積的比例)增大,反應便相對較為靈敏。光觸媒原料中的二氧化鈦平均粒徑到達能夠取得相當大的比表面積,其單位效能自然較高。

 


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