光觸媒介紹
光觸媒環境清淨噴液介紹

- 佐賀縣特許第2875993 -
採用佐賀縣政府取得日本專利光觸媒氧化鈦水溶劑之技術

  氧化鈦之光觸媒作用舉世矚目,只是過去由於氧化本身並不具固定基材之能力,粉末一般都以強酸或有機溶劑等有害粘合劑固定,因此強酸或有機溶劑之問題經常發生在氧化鈦塗層上,不耐酸與不耐高溫素材之應用或對人體之影響也值得堪慮。然而,佐賀縣專利之「光觸媒作用氧化鈦」係運用最新奈米科技所研究開發而成之製法,藉由液化使氧化鈦分子本身產生固化能力,不再需要任何粘合劑。此利用佐賀縣專利之劃時代技術「Hyper Liquid Titan」為無害、安全、且對人體與環境都不會造成污染之新素材。

  因此結合光觸媒技術及奈米新科技之全新產品「光觸媒環境清淨噴液」現已完全研發成功,已多處運用於環境維護,除臭、防污、抗菌、分解有毒物質、大氣淨化等用途,效果顯著無他種產品可比較,已成為人類生活環境清淨的新革命。

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何謂光觸媒
  觸媒是一種催化劑,用於降低化學反應能量,促使化學反應加快速度,但其本身卻不因化學反應而產生變化或破壞其本體結構,之物質稱之。

  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,使周圍之氧氣及水分子激發成極具活性的HOH-及HO2-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。
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光觸媒之應用
  藉由光觸媒之氧化力不但可防污、分解有機物質,還兼具抗菌、除臭及淨化空氣等功能。「Hyper Liquid Titan」(水溶性光觸媒氧化鈦)以然成為無害、安全、且對人體與環境都不會造成污染之新素材。

  因此結合光觸媒技術及奈米超微粒子科技研發成功的光觸媒環境清淨液終於問世,在陽光或居家微弱光源即可發生作用,故日本在居住空間之殺菌、淨化等應用頗多,另外,歐美國家更是將之利用在下水道廢水處理、港灣廢油處理、大氣污染處理等。
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奈米新科技應用
  由於奈米材料在機械、光學、電學與化學等方面其獨特且不尋常的特性,長遠來看,將在資訊、通訊、能源、環境、醫療等方面(表一)產生重大的革命性影響,其中尤以對環境保護首先發生效應。利用奈米超微粒子技術與特性,研發出材料本身在反應時完全不參與作用,卻可促進並提高反應能量,以催化目標反應的觸媒技術以運用於環境清淨作用上,促使有害或有毒物質加速反應成為穩定而無害物質,達到環保效果。

  奈米材料由晶粒1~100nm大小的粒子所組成。粒徑極為微細,具有極大的比表面積,且隨著粒徑的減少,表面原子百分比提高(表二)。在表面上由於大量原子配位的不完全而引起高表面能的現象。表面能量(表三)占全能量的比例大幅提高,使奈米材料具吸附、光吸收、熔點變化等特性。
物性 用途
粒子的大小
•單磁區的程度。
•固體內電子自由平均
  行程比光波小。
•微小粒子集合成微細孔。
•微小粒徑。
•數種微小粒子均勻混合。
•磁性記錄。
•特殊導體。
•光熱吸收,非線性光學。
•分子篩。
•增進材料機性。
•研究開發新材料以及
  奈米複合材料。
原子級的表面構造 •化學觸媒

表面積的大小
•比表面積大。
•表面積大、熱容量小。
•燒結溫度下降(熔點下降)。

•觸媒、熱交換材。
•燃燒觸媒、感測器。
•燒結促進材。
  (表一)奈米材料之應用
I、 表面效應
奈米超微粒子異於大塊物質的理由在其表面積相對增大,也就是超微粒子其表面佈滿了階梯狀結構,此結構代表一具有高表面能之不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結,同時因粒徑縮小而提供了大表面積之活性原子。例:銅超微粒子之粒徑大小與表面能量之關係,當粒徑愈小時,表面能量愈高,因此超微粒子是作為觸媒之最佳材料。例如:Pt超微粒子在化工觸媒方面之應用及TiO2超微粒子在環境清淨方面之應用。

粒徑

全表面積 (cm 2 )

表面能量 (erg)

表面能量 / 總能量 (%)

5nm

8.54 × 10 7

1.88 × 10 11

5.51

10nm

4.27 × 10 7

9.40 × 10 10

2.75

100nm

4.27 × 10 6

9.40 × 10 9

0.275

1m

4.27 × 10 5

9.40 × 108

0.0275

10m

4.27 × 10 4

9.40 × 10 7

0.00275

100m

4.27 × 10 3

9.40 × 10 6

0.000275

 

 

 

( 表二 )

粒徑 (nm)

總原子數

表面原子數 / 總原數 (%)

20

2.5 × *10 5

10

10

3 × 10 4

20

5

4 × 10 3

40

2

250

80

1

30

90

 

 

( 表三 )

II、光學用途
奈米粒子之粒徑(10~100nm)遠小於光波波長,因此將與入射光產生複雜之交互作用。金屬在適當之蒸發沉積條件稱為”金屬黑(Metal Black)”這與金屬在真空鍍膜形成時高反射率光澤面成強烈對比,奈米材料因其光吸收率大之特色,利用此特性可應用於紅外線感測器材料,此外TiO2超微粒子也常用於抗紫外線之化狀用品及大氣污染物質之淨化產品用途上。
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光觸媒技術與奈米科技之新產品
- 光觸媒環境清淨噴液 -
   結合光觸媒技術及奈米超微粒子科技研發成功的光觸媒環境清淨噴液在醫院感染、浴室或廁所發霉、窗玻璃不潔、車輛排放廢氣、噪音、異味、飲用水中含tri-halo-methane……這些肉眼看不見且不斷在繁殖的細菌或霉菌、各種污垢、空氣或水中致癌物質、或惡臭等皆為有機物或窒素氧化物,而且對我們舒適的生活造成威脅。近來有不少抗菌商品乘著這股清潔風紛紛問市,抗菌製品可分使用銀銅之金屬系、使用人工或天然有機物之有機藥品系、以及使用二氧化鈦之光觸媒三種。金屬系及有機藥品系之抗菌劑雖可防菌,但卻無法預防其他有害物質;而光觸媒(二氧化鈦、TiO2)則具有在遇到太陽或燭光燈之微弱紫外線時會產生強氧化作用,可將有機物生產之有害物質氧化分解的優秀功能。
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何謂二氧化鈦「TiO2」
  二氧化鈦過去主要做為白色顏料材,除廣泛運用於塗料、化妝品、磁器原料、合成樹脂、纖維、製紙、橡膠、冷凝器等方面(圖1)外,也做為食品添加物,是對人體無害之物質。不僅如此,做為吸收光線產生極高氧化作用之光觸媒方面也廣為人知。雖然還有其他光觸媒物質,不過二氧化鈦其化學安定性、透明、無害是其他材料無與倫比的最大原因。二氧化鈦之結晶可分金紅石型(rutile)、銳鈦研型(anatase)、古銅輝石型(brookite)三種,其中銳鈦研型是最常使用的光觸媒,其觸媒活性也最強。

(圖1)二氧化鈦之用途

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光觸媒環境清淨噴液作用之原理
  光觸媒之超微粒子二氧化鈦為半導體,據說可吸收某波長以下之光(銳鈦礦型為388mm以下之紫外線)來產生電子與正孔(圖2)。通常會立刻再結合 後消滅,但光觸媒於再結合之前容易與其他物質起氧化還原反應。二氧化光觸媒之特徵在於正孔之強氧化力。這種正孔會直接氧化有機物,據說它會與水起反應,產生氧化力極強之hydroxy radical(HOH)來氧化有機物。另一方面,電子將空氣中之氧還原後產生super oxyacid anion(O2-),一般認為有助於抗菌或有機質之分解,變化成過氧化物或水。為了有效產生這種化學原料,必須使電子與正孔容易出現在二氧化鈦之表面,為此必須將二氧化鈦之粒子變小。順便一提,市售光觸媒用二氧化鈦粒子之大小幾乎都在100nm以下(hyper liquid titan為10nm)。

   藉由此光觸媒之強氧化力,可在外觀製造各種不同之效果。例如,將二氧化鈦塗於玻璃表面再經由太陽光或螢光之照射,則可輕易分解有機物之污垢、分解空氣中或水中之有害物質、殺菌等(圖3)。另一方面,二氧化鈦本身由於不會變化,因此可以永遠持續光觸媒效果。

  此種驚人效果會藉由光線中微量紫外線顯現而出是不爭之事實。光觸媒有”光強度越弱有機物分解越有效”這種光比例(量子效率)變佳之特徵,即便是弱螢光也十分有效,這足以證明光觸媒實用性的高低。此次活用下列二氧化鈦之特性。

(圖2)二氧化鈦(TiO2)之光觸媒作用原理
 

(圖3)光與光觸媒環境清淨塗層產生之環境淨化作用概念圖
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光觸媒環境清淨噴液之功能
Hyper Liquid Titan光觸媒環境清淨液,會在陽光或螢光燈等紫外線照射之場所起光觸媒反應。

防污功能

A 、防止外壁設施之雨痕污垢 ( 水泥、金屬面板、瓷磚、石材等 ) 。
B 、防止天花板、牆壁、混合物、窗簾上等之煙蒂殘渣及污染之附著。防止廚房設備之油煙附著。

有害化學物質
分解功能

分解塑膠混合物或合板之甲醛、揮發性有機化合物,抑制飛散 ( 大廈症候群對策 ) 。

抗菌、防霉功能

浴室、牆壁、天花板之防霉、防藻。室內混合物之防霉、金黃色葡萄球菌及大腸桿菌之抑制、防止外壁霉菌污染。

除臭、防臭功能

廁所、浴室 ( 阿摩尼亞臭、霉臭 ) 抑制床臭及車內、房間煙臭。

空氣清淨功能

空氣中 NOx 、 Sox 分解後之空氣淨化。

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