光触媒的由来
光触媒是在光参与下发生反应的催化剂。在光照下二氧化钛的表面形成电穴和游离电子,结合空气中的水和氧气,发生氧化还原反应,表面形成强氧化性的氢氧自由基(·OH)及超氧阴离子自由基(O2ˉ),能分解在空气中的有害气体和部分无机化合物,将有机物分解成CO2和水,并抑制细菌生长和病毒的活性,达到杀菌、空气净化、除臭、防霉。
光触媒在由太阳光或灯光照射下,使触媒表面的电子吸收足够能量而脱离,而在电子脱离的位置便形成带正电的电洞,电洞会将附近水分子游离出的氢氧离子(OH-)氧化(即夺取其电子),使其成为活性极大的氢氧自由基(·OH);氢氧自由基一旦遇上有机物质,便会将电子夺回,有机物分子因键结的溃散而分崩离析。一般的污染物或病源体多半是碳水化合物,分解后大部份会变成无害的水及二氧化碳,可达到除污及抑菌的目标。
催化剂:是化学反应中可在其反应系数内,降低原反应所需的能量,也能达到相同的反应结果,以提高反应速度,但其本身却不因化学反应而产生变化或破坏其本体结构的物质。通常用于化学或热力学反应。
光触媒的主要成分是二氧化钛。二氧化钛是应用最广、用量最大的一种白色颜料。其产量占有全球颜料总产量的70%。二氧化钛原本就与人类的生活息息相关,因其无毒无害,故应用的层面相当广泛!
二氧化钛常以锐钛型(anatase, A type)、金红石型(rutile, R type)及板钛型(brookite)三种结晶组态存在自然界中,其中锐钛型与金红石型结构使用最为广范。二氧化钛是不溶于水的白色固体,它具无毒的特性,它与氧化铁或其它氧化物合用可做为色釉或色素,常用于化妆品工业及食品工业中,是世界标准的食品添加物。
二氧化钛的化学稳定度相当高,除热浓硫酸之外,其它溶剂(如水、有机溶剂)均难以溶解。二氧化钛在室温时为绝缘体,高温时具有少许的导电性,当经过紫外光照射时会诱发半导体的导电性。二氧化钛因具有强大的氧化还原能力、高化学稳定度及无毒的特性,故被应用于环境治理的材料。
光触媒一经光照,原料中二氧化钛的电子便会从价电带跃迁至导电带,在光触媒表面形成电子(e-)电洞(h+)对,带负电的电子与氧结合产生负氧离子(O2- ),带正电的电洞与水结合产氢氧自由基(.OH),这两者在化学上都是极不稳定的物质,当有机物质(碳氢化合物)接触到光触媒表面时,便会分别和负氧离子及氢氧自由基结合,重新组合成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。 这一连串的反应,化学上称为「氧化还原反应」。
透过氧化还原反应,当将光催化剂应用在生活、工作空间中时,便能有效分解气味分子和细菌、病毒等微生物,达到洁净室内环境、创造清新空气的效果,因此近十年来在日本,光催化剂已被广泛应用于居家环境和医疗院所中,此外经光催化剂加工的各类产品也成为医疗院所的最新选择。
那么如果喷涂了一个有用的光触媒产品,它有什么效果呢?
1空气净化
产品核心成分锐钛矿相纳米TiO2受光后生成氢氧自由基,与空气中有机物质反应后既生成无毒的无机物, 高效分解甲醛、苯、氨气等,将其转化成 CO2 和H2O, 氧化去除大气中的氮氧化物、硫化物, 以及各类臭气等, 起到空气净化作用。TiO2在紫外光及500NM波长以下可见光激发条件下就可高效降解有害气体, 对室内主要的气体污染物甲醛、苯系物等的研究结果表明,本产品可有效地降解这些有机物, 净化空气。
2除臭
光催化剂对香烟臭、厕所臭、垃圾臭、动物臭等具有明显的除臭功效。其脱臭能力根据欧美国家权威实验室测试, 1cm2的光催化剂与高性能纤维活性碳比较, 其脱臭能力为后者的 150 倍,相当于 500 个活性碳冰箱除臭剂,且无二次公害。
3杀菌
光催化剂的超强氧化能力可破坏空气中细菌的细胞膜, 使细菌质流失至死亡, 凝固病毒的蛋白质,抑制病毒的活性, 对浮游于空气中的大肠杆菌、黄色葡萄球菌等具有杀菌功效,其能力高达99. 997%。且对于引发90%的气喘、过敏性疾病的罪魁祸首尘螨, 可完全除去。而且在杀菌的同时还能彻底分解由细菌尸体上释放出的有害复合物,这是所有杀菌剂都无法做到的。但TiO2微粒本身对微生物和细胞无毒性,已经被FDA认证,可作为食品添加剂使用。
4 防霉、防污
防止油污、灰尘等产生。霉菌、黄碱及铁锈和涂染面褪色等现象, 同样具有防止其产生的功效。
5 净化
具有水污染的净化及水中有机有害物质的净化功能,且表面具有超亲水性,有防雾、易洗、易干的效能。
6 抗紫外线
由于光催化剂具有极强紫外线吸收能力, 并将这种光能转化为化学能, 因而, 具有抗紫外及防止褪色、老化等功能。