Tuesday, May 5, 2020

光觸媒抗污殺菌的原理

光+催化劑 分解有害物質 光觸媒抗污殺菌 病毒見光死

【明報專訊】說到消毒殺菌產品,很多人只想到漂白水、梘液、酒精,光觸媒?未必人人認識。
光觸媒,簡單來說就是「以光作媒」的一種技術,當某種特定的光催化劑接觸到光源,其產生的化學反應令細菌和病毒難於存活,而且效用持久。光觸媒技術已應用於不同產品中,譬如空氣清新機、瓷磚、門柄,近年甚至有港產光觸媒口罩及噴霧面世。到底其原理為何?
因疫情關係,近期多了打着防疫抗菌旗號的光觸媒產品推出市面。但光觸媒(Photocatalyst)其實並不是新發明,研究光催化技術多年的中大化學系教授余濟美表示,「早在1930年代,便有文獻記載光觸媒」。直到1970年代,日本科學家藤嶋昭(Akira Fujishima)發現二氧化鈦(TiO2)具備光化學特性,使光觸媒的應用漸漸普及。
到底何謂光觸媒?顧名思義是與光有關。余濟美表示,「光觸媒一詞來自日語漢字『光触媒』,意思是利用光作為『媒人』,當光接觸含光催化劑(例如二氧化鈦)物料時,附在物料表面的細菌、病毒、揮發性有機物(如甲醛)等會產生氧化還原反應,以達到除污、殺菌、抑菌、淨化空氣等功能」。此外,光觸媒塗層都屬超親水性,灰塵與髒污物不易黏附在塗層表面,有抗污能力。
以光觸媒空氣清新機為例,一般空氣清新機只能隔除空氣中的細菌,但未能將其殺死,而光觸媒空氣清新機內部置有光觸媒過濾器及紫外光燈組件,在過濾空氣時,同時能殺菌及分解臭味。

光觸媒噴霧殺菌原理



【明報專訊】■1 形成塗層

光觸媒粒子附在物件表面後,形成塗層

■2 化學反應

接觸光線後,光觸媒粒子產生化學反應,釋放激發態電子 (e-)

■3 還原反應

電子令空氣中的氧(O2)及水(H2O)產生氧化還原反應,變成具強氧化性的活性氧負離子(.O2)及氫氧自由基(.OH)

■4 發揮作用

活性氧負離子及氫氧自由基與四周的細菌、病毒、氣味粒子和揮發性有機物結合

■5 氧化分解

活性氧負離子和氫氧自由基將細菌、病毒及氣味粒子氧化分解成水和二氧化碳,以達淨化效果

如何選擇光觸媒產品?

【明報專訊】在網上搜尋光觸媒產品資料,經常會提到二氧化鈦,二氧化鈦是具光催化性能的半導體,半導體是指一種導電性介於導體與絕緣體之間的物質。其實很多半導體都有光催化特性,但因二氧化鈦氧化力強、化學穩定度高、無毒,加上成本便宜,因而被廣泛使用,但二氧化鈦的缺點是需要在足夠能量的光(如365nm紫外光)照射下才能產生作用。因此近年許多專家做光催化劑研究,希望加強二氧化鈦或其他光催化劑的吸光性或敏感度,從而提升效能。即使如此,光觸媒產品不論是採用哪一種光催化劑,其殺菌原理相同。

宜選經第三方測試公司驗證

市面上愈來愈多光觸媒產品,在本地及內地網購平台亦有眾多聲稱具光觸媒功能的噴霧或空氣淨化器選擇,但細菌病毒多與少,肉眼看不見,市民如何得知產品效能? 余濟美坦言:「消費者難以知悉產品是否具光觸媒性能,即使含光觸媒,但生產工藝不過關,例如二氧化鈦粒子太大、結晶度太低,亦會減低殺菌效能。」選購經第三方測試公司驗證,證實具一定殺菌除臭效能的產品,較有信心保證。

光催化劑 粒子愈細愈好?

【明報專訊】有些光觸媒產品聲稱使用了納米光觸媒技術,是指所用的光催化劑粒子大小達納米級(1至100nm),假如是同一分量,粒子愈小,表面面積便愈大,光吸收率高,能加快產生催化反應。

納米級噴霧粒子可入肺

但余濟美提醒,使用納米光觸媒噴霧時應戴上口罩,「納米級噴霧粒子,大小一般比新型冠狀病毒更小(約100nm),容易吸入肺部,即使二氧化鈦本身無毒,納米顆粒累積在肺部會否產生肺部疾病,仍是未知之數,但不能忽略這個風險」。
此外,由於光觸媒不分好菌壞菌一同殺滅,「因此在一些高風險或高度污染地方要適當地使用,如被濫用,有可能影響生態平衡

應用例子:光觸媒噴霧 無光也可維持


效用

應用例子:光觸媒噴霧 無光也可維持效用

圖4之1 - 吸光變色——方添明表示,噴霧吸收較強的光線(如紫外線、LED . . . . . . (蘇智鑫攝)
【明報專訊】在日本,許多廠家應用各自技術,把光催化劑製成粉末、溶液、凝膠、顆粒及薄膜等各種形態,開發出各種衛生防護產品,如抗菌瓷磚、防污建材、吸臭除菌盒等,在香港,也有不少港人自家研發光觸媒產品。
漂白水殺菌力強勁,但清潔過後,漂白水的氧化劑不會在表面長久停留,因此未能長效殺菌。最近推出市場的光觸媒噴霧,標榜噴灑於物體表面後,可形成持久消毒自潔塗層。
一般使用二氧化鈦的光觸媒產品,要吸收紫外線光才能發揮效能。新產品光觸媒噴霧Raze Original,標榜吸收任何種類光線也可產生作用,甚至聲稱在無光環境下仍可繼續保持效能8小時。Raze Technology共同創辦人之一方添明表示,「噴霧採用了的黑鎢礦作為光催化劑,加上納米分子精細,形狀不規則,因此能提高光的收集量,亦能儲存光的能量,所以能在任何光線下發揮作用,就算在沒有光的情况下,仍然能夠慢慢釋放電子,在一段時間內維持效用」。

殺菌時效可達3個月

該公司亦研發了一種激活底座,將整支噴霧放在底座上,並將底座插上USB線接駁電源,底座發出的LED光,會令原本透明的噴霧在5分鐘內變成藍色,代表它已被完全激活。方添明表示:「這時將它噴在各種物件表面,能提升潔淨力,短時間內殺掉絕大部分細菌,而毋須等光線長時間照射。」即使噴霧沒有被激活,噴於物件表面形成塗層後,只要被光照到,亦能發揮作用。
噴霧適用於布料、油漆、木材、皮革等多種表面,但不宜噴於玻璃、鏡面及食具上,亦不建議噴皮膚。視乎不同物料及物件使用情况,抗菌效能聲稱達1星期至3個月。

塗層口罩 UV殺菌

Bull.B Tech創辦人陳易希伙拍紡織製衣界港商,以光觸媒物料研發「100nm - 光觸媒殺菌重用式口罩」。口罩採用3層設計,分別為光觸媒塗層的運動布料,熔噴無紡布濾芯及其他布料。光觸媒塗層經紫外線照射後會釋放負離子,聲稱可將細菌或病毒分解成無害物質,中層濾芯達KN95口罩標準,每個濾芯可用約3至5天。除了口罩,陳易希與團隊亦推出UV殺菌口罩袋,據稱只要將口罩放入袋中,按下紫外光按鈕,光觸媒便產生催化反應,釋放負離子消滅及分解細菌。

自潔門柄 聰明消毒

公共場所的門柄、扶手經多人接觸,成為細菌溫牀。鈦研科技有限公司兩名創辦人黃深銘和李鍵邦,於2015年設計了一種聲稱可以自動消毒的門柄,此設計曾在日內瓦國際發明展中,擊敗過千項發明而奪得金獎。
門柄具自潔功能,原因是玻璃門柄上塗有一層光觸媒薄膜,隨着開關門時產生微弱電流,供電予門柄末端的紫外光LED燈,紫外光會在門柄內作出反射,繼而激活門柄上的光觸媒塗層消毒殺菌。
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