隨著工業的發達,帶給環境的傷害日漸嚴重。而當商業蓬勃發展之後,人與人的接觸日趨頻繁,公共場所的空氣品質,近年來也一直被要求與期待,尤其在SARS疫情擴大之後,使民眾極度恐慌。近年環保意識抬頭,人們開始積極開發可與大自然資源相結合之材料(green products),以降低對環境破壞的程度並提升生活品質。在這些的材料中,「光觸媒」便是其中一項極重要的發展方向。而由多方研究單位指出,光觸媒確實可解決空氣惡化問題並有效分解病毒的分佈。
何謂光觸媒(Photo catalyst):
1.觸媒
所謂「觸媒」,其實是一種化學物質,在化學上,又被叫做催化劑。此化學物質,本身能降低化學反應所需要的能量,換言之就是可以促使化學反應發生,或加速反應進行的速度。但自己卻不發生化學變化,這種使反應發生或是加速反應速度的物質就稱做「觸媒」。
2.光觸媒(Photo catalysis)
光觸媒;概括地說就是經過光的照射,自身雖不起變化,卻可以促進化學反應的物質。光觸媒技術的基本原理是二氧化鈦接受光子,因電子/電洞的產生,而引起一連串反應後,產生某些自由基,其中以氫氧自由基最具有氧化、分解能力。目前可用來作為光觸媒的物質有二氧化鈦(TiO2)氧化物及CdS等硫化物,其中俗稱鈦白粉的二氧化鈦因為具有強大的氧化還原能力、化學穩定度高與無毒的特性,最常被使用做為光觸媒的物質。此種化學物質是利用我們周圍的自然光做能量來源的激發特性則更是特殊。
應用廣泛的光觸媒:
它所產生功能即為消臭、殺菌、抗菌、防污和除去有害物質等等。把這些機能應用於生活中,是研究和開發光觸媒的最大目的。許多產品在設計製造時都被加入了光觸媒的功能。以下就抑菌殺菌、防霧、除臭、水處理方面做簡單的說明。
1.抑菌、殺菌
二氧化鈦可鍍在建築物內的玻璃、壁紙或磁磚上,當二氧化鈦吸收足夠的光能以後便可產生氫氧自由基,因此吸附在建築材料表面的細菌或是病毒便可被殺死,此等技術不僅可應用於一般住家更用在醫院內部的裝璜,以創造一個清淨、無毒的環境。以TiO2的超氧化能力(氫氧自由基)破壞細胞的細胞膜使細菌質流失造成細菌死亡;凝固病毒的蛋白質,抑制病毒的活性,並且捕捉、殺除空氣中的浮游細菌,其能力高達99.997%。光觸媒水溶液超強的氧化能力,能造成細菌死亡,並且捕捉、消滅空氣中的浮游細菌,有效除去大腸桿菌、金黃色葡萄球菌,是在SARS疫情中的優良抗菌產品。可分解空氣中過敏原、減少過敏性疾病及氣喘(?蟲),亦可分解徽菌。且經美國FDA食品檢驗中心認可TiO2為一安全物質對人體並無傷害(無毒性)。
SARS病毒(大小約100奈米)光觸媒在日光下之反應機構
2.脫臭(分解有機氣體)
若將二氧化鈦加在纖維中纖成布,製作成衣服,則吸附在纖維表面的臭味物質會被光催化分解。當然其所產生的味道也就被消除。在SOx,NOx方面,經由光觸媒程序,可將其由氣相轉化成液相之SO42-及NO3-,再將其從二氧化鈦表面析出,最後用鹼中和後去除。
因TiO2所產生的氫氧自由基會先行破壞有機氣體分子的能量鍵結,使有機氣體成為單一的氣體分子,加快有機物質與氣體的分解,故提高空氣清淨效率。
二氧化鈦(TiO2),比臭氧(O3)、負離子,更有氧化能力;比活性碳、HEAP有更強的吸附力亦具有活性碳、HEAP所沒有之分解細菌的功效。而TiO2脫臭能力根據歐美國家權威實驗室測試,每一平方公分的TiO2與每一平方公分的高效能纖維活性碳比較,TiO2的脫臭能力為高效能纖維活性碳的150倍,相當500個活碳冰箱除臭劑。
3.食品工業:
(1)食品加工:作為白色添加色料。
(2)食品冷凍:冷凍庫、車中所使用的TiO2空氣濾清器作冷凍保鮮效果時可有效抑制乙醛濃度,使冷凍櫃、車中的蔬果不至早熟而腐爛並延長保鮮時間。
4.日常生活用品:
化粧品業中的隔離霜、防霜油或防紫外線化粧品,可有效抑制太陽光中紫外線的活性與增加日光的折射,避免對皮膚造成直接的危害。
5.醫藥業:
內服用藥(胃藥)、抗癌(光化學法)。
6.養殖業:
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