張皓：UVA LED光触媒技術の空気殺菌消毒評価と応用

転自：中国照明網、極智頭条

現在、新型の冠状ウイルスは依然として持続しており、産業や企業に一定の影響を与え、各業界の人々の心にも影響を与えている。このような状況下で、中国半導体照明網、極智頭条は、国家半導体照明プロジェクトの研究開発及び産業連盟、第三世代半導体産業技術革新戦略連盟の指導の下、疫病が発生した時の知識を共有し、企業の疑問に答えるように協力します。私達のLED照明の企業と産業の共に困難な時を助けます！

今期、広東省能浄環境科学技術有限公司の張皓副総経理を招待し、「UVA LED光触媒技術の空気殺菌消毒評価と応用」という素晴らしいテーマを持ってきました。以下は文字実録です。

一、光触媒技術概要

光触媒の発見は1972年に東京大学藤島昭が初めて放射線を受けた二酸化チタン（TiO 2）が持続的な水の酸化還元反応を起こし、水素が発生することがわかった。この効果は「本多・藤島効果」として知られ、藤島教授と当時の指導教官であった東京工芸大学学長の本多健一さんの名前を組み合わせました。

1.光触媒技術の紹介

（1）光触媒学科は触媒化学、光電化学、半導体物理、材料科学と環境科学などの多学科が交差する新興研究分野である。

（2）半導体は紫外光（波長が380 nm以下）励起下で光発生電子と電子正孔を発生する。

（3）電子正孔の能力は3.0 eVに達し、15000℃の温度に相当するエネルギー

（4）光電子は還元性を持ち、水産水素を還元し、直接電気・太陽電池を生産する。エネルギー利用。

（5）光発生正孔は強い酸化性を持ち、汚染物質を分解したり、鉱物化したり、細菌やウイルスを殺すことができます。環境応用。

酸化性：F 2＞・OH＞O 3＞H 2 O 2＞MnO 4-＞Cl 2

光触媒技術はほぼすべての有機物を効果的に分解することができる。

鉱物化は硫黄、窒素、リンを含む化合物を含みます。

高効率殺菌消毒

2.光触媒殺菌消毒の原理

光触媒によって生成されるヒドロキシラジカルと活性イオン酸素は細菌とウイルス体の酸化機構を酸化することができます。

補酵素A酸化機構、細胞壁（膜）破壊機構、DNA&RNA遺伝子破壊機構

光触媒殺菌は、伝統的な無機抗菌剤とは比べられない優れた殺菌効果があり、持久性、広いスペクトル性、耐熱性、殺菌徹底などの利点がありません。

注目すべきは、細菌ウイルスを逃がした後、細菌やウイルスが残した死体は基本的な元素で構成されており、光触媒は残骸を効率よく分解して除去することができる。医学には内毒素があり、光触媒でも分解できる。

光触媒殺菌については、肺結核、B型肝炎、常規細菌、ウイルスなどが含まれています。国内外に多くの文献があり、メカニズムと応用、実験室レベルで実証されています。効果は全く問題ありません。

二、光触媒効果評価

評価については、まず標準的な問題があります。国際標準と比較して、現在国内で光触媒に関する基準は非常に不健全です。空気の浄化、水の浄化、光触媒材料の自己潔白、抗ウイルス、光触媒用の紫外光源などの方面では、標準は実はとても少ないです。特に紫外線の部分は、LED紫外線光源を含まない。

既存の光触媒標準テストの評価にはまだ問題があります。主にテスト条件と実際に使用する条件の差が大きいので、実際の使用シーンの効果に反応できません。国標標準認証を受けるテスト機関が少ないので、有効な検査報告ができません。

広東エネルギーの角度から、空気清浄器の国家標準に基づいて自分の光触媒反応器を設計しました。構造は下図のようです。

このような反応器を通して、私達は実験室の立方倉庫の中でまずホルムアルデヒドをテストして、その後細菌をテストし始めて、それからウィルスをテストしたことがあります。データの十分な基礎の上で，触媒と光源の様々な適合が行われた。安定したら、それを標準の光触媒ユニットに変えて、私達の浄化設備の中に入れて、清浄器または消毒機の実際の使用レベルを測定します。

ちなみに、一時間以内に、一立方倉庫の中のホルムアルデヒドの分解効率は90%を超えることができます。注意しなければならないのは、みんなは光触媒と光触媒に対して一定の理解があるかもしれません。多くの報告を見たことがあります。その中に一つの値があったら、きっと無視できません。それは作用時間です。いくつかのメーカーがテストをして、99%以上の光触媒ができますが、作用時間は24時間を超えて、48時間か72時間にも達しています。効率はとても低いです。

その後、他の有害ガスのテストを行いました。例えば、ベンゼン、キシレンなど、臭気の典型的な代表はアンモニア、二酸化硫黄、硫化水素などを含み、光触媒の材料に対して工業排ガス、消臭を除去し、比較的に堅固な実験基礎と実験データのサポートがあります。細菌に対しても一定のテストをしました。効果もとてもいいです。

量産の設備構造は簡単で、白いブドウ球菌、H 3 N 2インフルエンザウイルスなどの殺戮効率が高いです。

光触媒空気処理装置構造

三、UV殺菌技術の比較があります。

紫外線のこの部分には、紫外線光分解と紫外線光によるオゾン発生の2つの反応があります。紫外線の波長が短いほど、周波数が高いほど、光波そのものがもたらすエネルギーは大きくなります。このエネルギーは有機物や化合物や細胞自身の細胞結合の間のエネルギーを大きく過ぎると、一定の光解効果があります。

紫外水銀灯のUVC帯は主に254 nmと185 nmの二つの帯域に集中しています。水銀光源はこの二つのピークの比較的高い波長しか励起できないからです。185 nm帯では、水銀の紫外線の光分解効果と光発生オゾン効果が現れますので、185 nmの紫外線殺菌消毒をすると、光源そのものの波長の殺菌効率に関する光分解と光発生オゾンの影響が現れます。だから時には185 nm帯の水銀灯は光源によって殺菌するか、光分解殺菌するか、それともオゾンで殺菌するかを区別しにくいです。

しかし、波長が短いほど光波エネルギーが大きくなり、減衰効率が大きくなるので、長距離での作用能力も弱くなるということが確認できます。

UV浄化技術の比較

四、UVA LED光触媒市場応用

UV LEDは光触媒に大きな技術的優位をもたらし、エネルギー強度とエネルギー密度からはすでに一桁以上の数量を高めました。

UVA-EDが光触媒にもたらす技術的な優位性

第三世代半導体技術の低出力高光電効率狭帯域UVA LED紫外光源光触媒技術は多くの利点がある：

殺菌の普及と能力が強く、耐薬品性がなく、分解が徹底しています。有毒有機物の徹底的な鉱化は、いずれも高い効率で分解できます。

ネット市場の需要分析

経験によって、私達は空純市場を民間、商用、医療用、工業、軍工などのこのいくつかの大きな業種に簡単に分けることができます。さまざまなアプリケーションシーンでは浄化のニーズがあり、既存のソリューションや解決技術では解決できないことが多いので、ご参考ください。

全体として，第三世代半導体材料に基づく紫外光源は光触媒技術全体に新しい変化をもたらした。例えば光源のエネルギーの角度から数量級の向上を持ってきました。寿命、環境安全性能は質の飛躍を得ました。光触媒の研究と応用に新しいきっかけをもたらしました。環境保護と大健康とウィルス防疫の巨大産業市場を押し上げます。

光触媒技術応用

広東省エネルギーネット環境保護科学技術有限公司

会社は完全に自主的な知的所有権を持っています。新型の環境保護材料を研究開発して製造しています。新型の環境保護設備を設計して製造しているハイテク技術的な環境保護企業です。

問答コーナー

1.オゾン濃度のコントロールは、各引用環境によるオゾン濃度の基準はどうですか？

張皓：国家標準「GB 21551.3—2010家庭用と類似用途の電気製品のアンライン、ライン、浄化機能空気清浄器の特殊要求」によるオゾン濃度、紫外線漏れ濃度に関する試験方法と要求を参照してください。私たちの試験データはUV光源を用いた場合にはオゾンは発生しないことを示した。サードパーティレポートアンゲージテストも検証できます。

2.光触媒の消耗はどうですか？消耗品ですか？

张皓：触媒の特性は化学反応に参加しないので、反応速度に影響するだけです。しかし、その過程で多くの触媒が中毒や失効することがあります。使用状況と関係があります。いくつかの触媒は高温高圧で使われていますが、これらの場合は他の物理と化学の反応が内部にあり、触媒性の特性が失われる可能性があります。

3.UVA強度の増加は光触媒効率を高めることができますか？

UVA光源と触媒は工具と労働者の関係と理解できます。UVA LEDを単独で使うなら、UV水銀灯と比較して、工具の量がかなり違っています。理解を容易にするために、例を挙げて、もし触媒を労働者に想像するならば、平面上の触媒は十人の労働者しかないなら、UV水銀灯を使えば、単位時間内に一つの道具しか与えられないなら、9人の労働者は道具がなくて仕事ができない。しかし、UVA光源を使えば、単位時間内に10本の工具を提供できます。10人の労働者は完全に仕事ができます。

しかし、もし光源の強度がもっと高くなれば、単位時間内に工具を10人の労働者に100個与えることができますが、労働者の数は限られています。従って，光源は触媒に対して過飽和であれば，光源パワーの向上による温度と寿命の影響は不一致になる。

触媒は光源と整合する必要があり、まず定量的に、次に有効光照射面積における触媒の量を定量的に増加させ、有効面積における照射均一度と照射強度を向上させなければならない。これは相補的である。

4.UVA LEDは医療美容の分野で多く使われていますが、UVC LEDの滅菌に最も良い波長はどれぐらいですか？今LEDパッケージは254 nmまでできますか？

張皓：UVA LEDは今一番広く使われている市場は光固化です。美化粧市場と関係があるのはネイルランプです。次に紙幣検査機工場です。殺菌の最も良い波長は260 nmから275 nmの間である。254 nmといわれるのは、水銀光源によって励起されたUVC帯のピーク波長は254 nmしかないからであるが、これは254 nmが一番いいというわけではない。

5.オゾン消毒効果がいいですか？それともUVカット効果がいいですか？

張皓：定量的な効果から見れば、両者の違いはそんなに大きくないですが、実際に使う時はこの二つの特性と関係があります。UV殺菌は、受光面にのみ効果があります。どこで殺菌したいですか？どこに光を照射したらいいですか？オゾンの特性は空間全体を満たすことができて、すべて消し去ることができます。オゾンは優位がありますが、上気道の刺激に対してとても強くて、癌になりやすくて、オゾンも国家の規定のその他の汚染物質の1つで、利益と弊害があって、使う時きっと空間を密封します。

6.新冠肺炎はエアロゾルを通して伝播し、光触媒は予防作用がありますか？

張皓：光触媒がエアロゾルに作用すると直接には言えません。気体粒子状物質は粉塵を含み、粒径が2.5ミクロン以下であれば、空気中に浮遊しやすく、粒子状物質が固体粉塵だけであれば、簡単であり、粒子状物質だけである。しかし、ホルムアルデヒドなどの粒子が小さい場合は、空気中の粉塵や水分子と結合してエアロゾルができ、空気を通してあちこちに拡散しやすくなります。

光触媒浄化器の原理は簡単で、大風量の循環を通して空気を触媒に積極的に接触させ、触媒を通して分解作用を発揮します。空気中にホルムアルデヒドがあれば、エアロゾルの中に細菌やウイルス成分が含まれています。

第二に、エアロゾルは細菌、ウイルスを含む濃度が限られています。人体が感染した後、一定のレベルに達しなければ、感染効果がありません。光触媒技術を用いて，動的平衡過程において空気中のエアロゾルを比較的低いレベルに到達させ，変相の低減が可能であることを保証できる。

7.UVA照射光触媒によるヒドロキシラジカルの有効距離はどれぐらいですか？30立方メートルの倉庫実験をしたことがありますか？距離がもっと遠いなら、殺菌効果がありますか？

張皓：ヒドロキシラジカルは光触媒によって空気中の水分を分解して生成されるので、空気中では、ヒドロキシラジカルは触媒表面から遊離できない。ヒドロキシルラジカルの定量は、現在、達成できる方法があります。

実際に、ガスクロマトグラフィーを行う場合、ガスクロマトグラフィーに入るガスの標準湿度は0%です。テストをした後、光触媒は、ヒドロキシルラジカルを生成する必要がないということは、電子正孔の酸化効果が高いためですが、電子正孔の定量的なテスト酸化効果は、現在は何の手段もありません。

私たちの経験は風の交換効率が高くなり、単位時間内に光触媒材料を通過するガス量が多くなり、効果を高めることができます。しかし、ヒドロキシ基を通して自発的に殺菌すると、オゾンよりも酸化能力が高く、必ず人を傷つけるので、理論と実践は不可能です。ヒドロキシ基は空気中で触媒を離れずに水中から離れることができますが、生存時間は短いです。

8.光触媒の使用によって、効果は減衰するかどうか、どう判定しますか？

張皓：実際の経験と老化設備の状況によって、時間が長くなると減衰があります。実験室の条件の下で、実験室の空気の成分が綺麗で純粋であることを保証できますが、実際の応用の場は複雑です。空気中に水分、細菌、自然菌、ウィルス、ホルムアルデヒドなどがあります。

総合的に見ると，光触媒効率に影響する主な要因，すなわち光源の光減衰が，能動的に変化すれば電気パワーを低下させ，光源の過飽和状態が不飽和に減衰し，光触媒効率が低下する。第二に、実際に使用すると、粒子の粉塵保護をしないで、時間が長くなれば、触媒の表面は高い倍数（500～700倍）の顕微鏡の下で粉塵が見られます。触媒の表面をひどく妨げるかもしれません。触媒の変色にもつながります。効率に影響します。

二年ぐらいの老朽化設備の状況から見ると、新設備は一時間でホルムアルデヒドを分解する効率が92%～95%の間にあります。一年を使ってから、効果を再測定して、80%以上に達することができます。（文字は生放送の内容に基づいて編集し整理し、少し削除します）