當(dāng)前，新型冠狀病毒仍在持續(xù)，對產(chǎn)業(yè)及企業(yè)造成了一定程度的影響，也牽動著各行各業(yè)人們的心。在此形勢下，中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)、極智頭條，在國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟指導(dǎo)下，開啟疫情期間知識分享。

一、 光催化技術(shù)簡介

光催化的發(fā)現(xiàn)來自于1972年，東京大學(xué)藤島昭首次發(fā)現(xiàn)受到紫外線輻照的二氧化鈦（TiO2）可發(fā)生持續(xù)的水的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣。這一效果作為 “ 本多 · 藤島效果 ” （Honda-Fujishima Effect）而聞名于世，該名稱組合了藤島昭教授和當(dāng)時(shí)他的指導(dǎo)教師----東京工藝大學(xué)校長本多健一的名字。

1. 光催化技術(shù)介紹

（1）光催化學(xué)科是催化化學(xué)、光電化學(xué)、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域；

（2）半導(dǎo)體在紫外光（波長小于380nm）激發(fā)下，產(chǎn)生光生電子和電子空穴；

（3）電子空穴的能力達(dá)到3.0eV，相當(dāng)于15000度溫度的能量

（4）光生電子具有還原性質(zhì)，可還原水產(chǎn)氫，直接產(chǎn)電-太陽能電池---能源利用；

（5）光生空穴具有強(qiáng)氧化性，能降解或礦化污染物，殺滅細(xì)菌和病毒---環(huán)境應(yīng)用。

氧化性：F2＞·OH＞O3＞H2O2＞MnO4-＞Cl2

光催化技術(shù)可以有效降解幾乎所有有機(jī)物

礦化含硫、氮、磷的化合物

高效殺菌消毒

2. 光催化殺菌消毒原理

光催化劑產(chǎn)生的羥基自由基和活性離子氧可以氧化細(xì)菌和病毒體的氧化機(jī)理如下：輔酶A氧化機(jī)理，細(xì)胞壁（膜）破壞機(jī)理，DNA&RNA遺傳物質(zhì)破壞機(jī)理光催化殺菌，具有傳統(tǒng)無機(jī)抗菌劑無法比擬的優(yōu)良?xì)⒕Ч?，具有持久性，廣譜性，耐熱，不產(chǎn)生耐藥性，殺菌徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有無毒，無味，對皮膚無刺激，不消耗，可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。

值得注意的是，在讓細(xì)菌病毒失活之后，細(xì)菌和病毒殘留的尸體都是由基本元素構(gòu)成，光催化可以高效地把殘留的尸體分解去除掉。醫(yī)學(xué)上有一種內(nèi)毒素，光催化也可以進(jìn)行分解。

關(guān)于光催化殺菌，包括肺結(jié)核、乙肝，常規(guī)細(xì)菌、病毒等，國內(nèi)外有很多種文獻(xiàn)，在機(jī)理和應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室層面論證，效果完全沒有問題。

二、 光催化效果評價(jià)

關(guān)于評價(jià)，首先會有標(biāo)準(zhǔn)的問題，對比國際標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)關(guān)于光催化的標(biāo)準(zhǔn)很不健全。在空氣凈化、水凈化、光催化材料自潔、抗病毒、光催化用的紫外光源等方面，標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)很少，而且還不是強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。尤其是紫光的部分，不包括LED紫外光源。

現(xiàn)有光催化標(biāo)準(zhǔn)測試評價(jià)還存在問題，主要包括：測試條件和實(shí)際使用的條件差距大，無法反應(yīng)實(shí)際使用場景的效果；接受國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的測試機(jī)構(gòu)少，無法給出有效的檢測報(bào)告。

從粵能凈的角度，根據(jù)空氣凈化器國標(biāo)設(shè)計(jì)了自己的光催化反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)如下圖：

通過這樣一個反應(yīng)器，我們在實(shí)驗(yàn)室的立方倉中先測試一些甲醛，之后開始測試細(xì)菌，后來測試過病毒。在數(shù)據(jù)充分的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了催化劑跟光源的各種適配。穩(wěn)定以后，把它變成一個標(biāo)準(zhǔn)的光催化單元放到我們的凈化設(shè)備中用來檢測凈化器或者消毒機(jī)的實(shí)際使用水平。

值得一提的是，通過測試發(fā)現(xiàn)，在一個小時(shí)之內(nèi)，一立方倉里的甲醛降解效率可以超過90%。需要注意的是，大家可能對光觸媒和光催化有一定的了解，也可能看到過很多報(bào)告，其中有一個值一定不能忽略，那就是作用時(shí)間。有一些廠家做測試，可以做到99%以上的光觸媒，但是作用時(shí)間超過24個小時(shí)，甚至達(dá)到了48小時(shí)或72小時(shí)，效率會很低。

此后我們又做了其他有害氣體的測試，比如三苯有害氣體，包括甲苯、二甲苯等，臭氣典型代表，包括氨、二氧化硫、硫化氫等，對于光催化的材料去除工業(yè)廢氣、除臭，有了比較堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐。針對細(xì)菌也做了一定的測試，效果也非常好。

量產(chǎn)的設(shè)備結(jié)構(gòu)很簡單，做成的設(shè)備，對于白色葡萄球菌、H3N2流感病毒等的殺滅效率都比較高。

光催化空氣處理設(shè)備結(jié)構(gòu)

三、 現(xiàn)有UV殺菌技術(shù)比較

紫外線這部分，其實(shí)有紫外光解和紫外光光生臭氧兩個反應(yīng)。因?yàn)樽贤饩€的波長越短，頻率越高，光波本身帶來的能量會越大，這個能量一旦大過有機(jī)物或化合物或者細(xì)胞本身的細(xì)胞鍵之間的能量，就會產(chǎn)生一定的光解效果。

紫外汞燈的UVC波段，主要集中在254nm和185nm兩個波段，因?yàn)楣庠粗荒芗ぐl(fā)這兩個峰值比較高的波長。在185nm波段，汞紫外線的光解效果和光生臭氧效果會顯現(xiàn)出來，所以用185nm的紫外燈殺菌消毒的時(shí)候，跟光源本身波長的殺菌效率有關(guān)的光解和光生臭氧的影響會出現(xiàn)。所以有時(shí)候很難區(qū)別185nm波段的汞燈是靠光源殺菌、光解殺菌還是光生臭氧殺菌。

但有一點(diǎn)可以確定的是，波長越短的情況下，光波能量越大，衰減效率會變大，所以在長距離上的作用能力也會越弱。

UV凈化技術(shù)比較

四、 UVA LED光催化市場應(yīng)用

UV LED給光催化帶來了很大的技術(shù)優(yōu)勢，從能量強(qiáng)度和能量密度上已經(jīng)提高了不止一個數(shù)量級，單位面積已經(jīng)達(dá)到四五十毫瓦每平方厘米沒有任何問題。

UVA-LED給光催化帶來的技術(shù)優(yōu)勢

第三代半導(dǎo)體技術(shù)的低功率高光電效率窄帶UVA LED紫外光源光催化技術(shù)就有眾多優(yōu)勢：

殺菌廣普和能力強(qiáng)，無耐藥性，分解徹底；有毒有機(jī)物的徹底礦化，均可高效降解；效率高，壽命長；維護(hù)簡單，運(yùn)行費(fèi)用底；無污染，無毒，衛(wèi)生安全，環(huán)境友好。

空凈市場需求分析

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們可以把空凈市場簡單分為民用、商用、醫(yī)用、工業(yè)、軍工等這幾個大的行業(yè)。不同應(yīng)用場景里有不同的凈化需求，很多現(xiàn)有的解決方案與解決技術(shù)都無法解決問題，大家可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)參考。

總體而言，基于第三代半導(dǎo)體材料的紫外光源給整個光催化技術(shù)帶來了新的變革。比如從光源的能量角度帶來了數(shù)量級的提高；壽命，環(huán)境安全性能得到了質(zhì)的飛越；給光催化的研究與應(yīng)用帶來新的契機(jī)；撬動環(huán)保與大健康與病毒防疫的巨大產(chǎn)業(yè)市場；淘汰落后材料與技術(shù)（汞、活性炭等）帶來了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

光催化技術(shù)應(yīng)用

廣東粵能凈環(huán)?？萍加邢薰?/span>

公司擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，研發(fā)和制備新型環(huán)保材料，設(shè)計(jì)和制造新型環(huán)保設(shè)備的高科技技術(shù)性環(huán)保企業(yè)。并被第三代半導(dǎo)體聯(lián)盟推薦牽頭起草《光催化凈化UVA LED技術(shù)要求》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。