光触媒とは？
光を当てるとより強力な化学反応を促進し、反応後も変化しない性質を持つ物質を「光触媒」と呼びます。
私たちの周りには、光触媒の例がたくさんありますが、最も典型的なものは植物の光合成であり、葉緑素で行われる反応も光触媒反応の1つです。
安心空間光触媒コーティングは、光触媒誘導剤としてよく知られている「酸化チタン」を使用しています。
光触媒のあゆみ
| 光触媒の原理を発見 1967 | 本多藤島理論（東京大学での研究） 日本の科学者は、水溶液の電気分解と同じ原理で電極の1つに酸化チタンを適用することにより、水を光にさらすだけで、電流を流さずに水を分解することを示しました（酸化チタンには光触媒効果があります） |
| 光触媒の屋外利用 1972 | 超親水性 TOTOとの共同研究により、超親水性を発見しました。 酸化チタンに光を当てると、その表面がOH基で覆われて親水性になり、水滴がカーテンになります。 その効果を応用して防曇と防汚ができることに気づきました。 |
| ↓ | 光触媒の研究と開発 |
| 新しい光触媒技術の発見 2010 | 可視光応答型光触媒の開発 光触媒の研究と開発は続けられています。 ただし、効果が期待どおりにならない場合があり、信頼が何度も揺らいでいます。 しかし、研究は続けられ、ついに新世代の光触媒である鉄イオンを用いた可視光光触媒が完成しました。 少量の室内光で最高峰の分解性能を発揮します。 |
| さらなる技術開発 2011 | 活性光触媒の完成 土壌、水、その他の散布が難しい物質を処理する方法の開発。 また、水に溶かして使用できる即効型の光活性触媒の開発にも成功しました。 2種類の光触媒の商品化。1つはコーティングを噴霧するための液体溶液であり、もう1つは抗菌材料（塗料、マスク、布など）を作成するための原料です。 |
光触媒技術の詳細な内容
酸化チタンという材料は多くの研究がされています。 酸化チタンの記録的な光触媒性能とその他の貴重な特性により、環境技術、太陽エネルギー変換、光学デバイス、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクスなどの多くの重要な分野でこの材料が広く使用される可能性が広がります。
光触媒は、光の化学的効果に関係する物理学と化学の一分野です。 一般に、この用語は、紫外線（100〜400 nmの波長）の吸収、可視光（400〜750 nm）、または放射線の吸収（750〜2500 nm）によって引き起こされる化学反応を表すために使用されます。 触媒（ここではTiO2）は、化学反応で自然に変化したり消えたりすることはなく、触媒としてのみ機能します。 光触媒モデルを下の図に示します。
光触媒は、有毒な有機物質の酸化と分解の速度を加速して、CO2、水、その他の無害な物質を形成します。
さまざまな光触媒能力を示すさまざまな種類の材料があり、その中でナノ二酸化チタン（TiO2）が最も効果的であると言われています。 二酸化チタンは非常に強力な光触媒を持っており、表面や空気中の不純物を酸化して強力に分解します。
物体の表面がTiO2ナノ層でコーティングされている場合、この表面は光（400nm未満の波長）に遭遇し、光触媒作用が発生します。 具体的には、表面が蒸気にさらされると、蒸気が2つの成分に分離されます。ヒドロキシルラジカル[OH]とスーパーオキシドアニオン[O2-1]です。 そしてこれらの2つのフリーラジカルは、空気中の揮発性化合物（VOC）と有毒な有機物質（ウイルス、病原体、カビ）を二酸化炭素と水に酸化することを可能にします。
TiO2ナノ光触媒には、現在の空気/水浄化技術に比べて次のような利点があります。
- 汚染物質の実際の破壊は、古い基板での単純な変換以上のものです。つまり、最終製品は水、CO2、およびその他の無害な残留物です）。
- 自然の周囲温度と圧力で汚染物質を破壊します。
- 触媒の消費はありません。
- 少量の光触媒を使用して大量の汚染物質（VOC、バクテリア、カビ、NOxガス）を削減します。ただし、測定物質が光条件下でTiO2ナノコーティング表面に接触するための条件を作成する必要があります。
1972年以来、ナノTiO2の光触媒機能が発見され、この技術分野は世界中の多くの国々、特に日本、米国、ドイツ、韓国、中国、中国、マレーシア、ベトナム、その他多くの国々の生活に深く浸透しています。 。
酸化チタンとは？
二酸化チタンは天然の酸化チタンで、化学式はTiO2です。 二酸化チタンは、人体にとって安全で無害な物質と見なされており、食品医薬品局（FDA）の食品試験所によって、食品業界での使用が承認されています。製品、医薬品。
TiO2は不活性材料であり、一般に白色粉末として使用され、水に不溶性であり（水に分散可能ですが、特別な技術が必要です）、塗料、コーティング、接着剤、紙、プラスチックおよびゴム、印刷インク、コーティングされた布地および繊維、ならびにセラミック、床材、屋根材、化粧品、歯磨き粉、石鹸、水処理剤、医薬品、食品着色剤、自動車製品、日焼け止めおよび光触媒。 有機化合物を分解するための光触媒としての二酸化チタンの使用に関する多くの研究が発表されています。
二酸化チタンは2つの主要な形態で生成されます。 総生産量の98％以上を占める主な形態は、顔料グレードの二酸化チタンです。 この形態の顔料は、白色の不透明度と明るさが要求される用途で二酸化チタンの優れた光散乱特性を利用します。 二酸化チタンが超微細製品（ナノマテリアル）として製造されるもう1つの形態。
二酸化チタン白色粉末、マイクロメートルの粒子サイズ
カラーグレードの二酸化チタンは、高い不透明度と明るさを必要とする幅広い用途で使用されています。 実際、白とパステル、さらには暗い色のほとんどの表面とアイテムには、二酸化チタンが含まれています。 この形態のTiO2には、バクテリアを殺して脱臭する明らかな光触媒特性がありません。 顔料二酸化チタンは、次のような幅広い用途で使用されています。
塗料とコーティング：二酸化チタンは不透明性と耐久性を提供すると同時に、塗料の寿命を延ばし、塗装面を保護します。
- プラスチック、接着剤、ゴム：二酸化チタンは、光にさらされることで発生する可能性のある脆性、退色、ひび割れを減らすのに役立ちます。 これにより、車両、建築材料、その他の外装用途で使用される多くのプラスチックおよびゴム部品の耐用年数を延ばすことができます。
- 化粧品：二酸化チタンピグメントグレードは、傷を隠して肌を明るくするために一部の化粧品に使用されています。 二酸化チタンは、同じ望ましい効果のために化粧のより薄いコーティングを使用することを可能にします。
- 紙：二酸化チタンを使用して紙を包み、白く、明るく、半透明にします.
- 食品接触材料および成分：二酸化チタンによって提供される可視光およびUVに対する不透明性は、食品、飲料、栄養補助食品、および医薬品を早期の劣化から保護し、製品の寿命を延ばします。 特定のグレードの高純度グレードの二酸化チタンは、錠剤、カプセルコーティング、および特定の食品の装飾補助剤としても使用されます。.
ナノ酸化チタン
ナノ二酸化チタンは、次の特別なアプリケーションで最も一般的に使用されます。
日焼け止め：ナノTiO2は可視光に対して透明になり、効果的な紫外線吸収剤として機能します。 粒子サイズが非常に小さいため、ナノTiO2は可視光を反射しませんが、UV光を吸収し、有害な太陽光線から皮膚を保護する透明なバリアを作成します。 皮膚がん財団によると、TiO2を含む日焼け止めを使用すると、皮膚がんの発生を防ぐことができます。
光触媒：ナノTiO2は触媒用途の担体として使用されます。 アプリケーションには、主に有害な排出物を除去するための自動車産業や、窒素酸化物を除去するための発電所、環境処理産業、病院の滅菌産業などが含まれます。
光触媒の研究者によると、5 nm未満の酸化チタンは非常に小さいため、可視光との反応（UV光との反応）の効率が低下する傾向があります。 そのため、屋内の光触媒には小さすぎると、それほど効果的ではない可能性があります。
光触媒研究者によると、5nm以下の酸化チタンは小さすぎるため、可視光線に対する反応効率が弱くなる傾向があります（紫外線には反応）。そのため、室内で使用する光触媒としては小さすぎると効果を発揮しない場合があります。
ナノ酸化チタンの応用
ナノTiO2は、生活の中でさまざまな用途があります。 しかし、この記事は私たちの周りの生活環境を保護するためのその光触媒アプリケーションを指摘しているだけです。 そして、この利点により、性能と安全性の点でそれと比較できる他の化学物質はありません。
TiO2は、ワイドバンドギャップ、透明、高屈折率の半導体材料であり、塗料、プラスチック、紙、化粧品、医薬品などの多くの産業で長い間適用されてきました…ただし、重要なアプリケーションナノスケールでのTiO2の最も重要な側面光触媒によって環境を浄化する能力と、住宅規模で太陽エネルギーを電気に変換する能力です。 ナノテクノロジーの分野では、TiO2ナノ材料のように多くの価値がありかけがえのない用途を持つ材料を見つけることは困難です。
消毒、脱臭、セルフクリーニングを行うために、ナノサイズのTiO2を専用の装置でアイテムの表面に直接コーティングしています。 ナノTiO2の用途は次のとおりです。
1. 除菌、ウイルスの不活化ができます
紫外線照射下でのナノサイズのTiO2の酸化能力は、塩素、過酸化水素、オゾンなど、過去に水処理に一般的に使用されていた酸化剤の酸化能力よりもはるかに強力です。強力な酸化剤の生成に加えて、表面の「マイクロ」ポイントには大量の変換熱があり、接触するとほとんどの有機化合物、バクテリア、真菌を完全に燃焼させることができます。この光触媒プロセスは、家庭用水を浄化し、廃水、有毒な有機物質、および原油を含む顔料を処理するために適用できます。これらも上記の照射によって分解されます。エンジンの有毒な排気ガスや高炉の煙を処理するために、ナノサイズのTiO2粒子が、活性炭などの強力なガス吸着能力を持ついくつかの物質と混合されます。光触媒の表面に閉じ込められたり、紫外線にさらされたりすると、完全に分解したり、他の無害な物質に変化したりします。
現在、世界中の病院の一部の無菌室では、少量のナノサイズのTiO2を塗料や屋根付きのレンガやタイルに混ぜて、バクテリアを殺し、ほこりや汚れの付着を防ぎ、病気の蔓延を抑えています。消毒剤と有毒な洗浄剤。 上記の結果は、ナノ構造のTiO2コーティングが通常の光条件下で抗菌特性を持っていることを確認しました。 人々はこれを洗浄技術の革命と見なしています。
この表は、他の酸化剤と比較したTiO2ナノ光触媒（ヒドロキシル-OHラジカルを生成）の酸化能力を比較しています。
2.カビや揮発性化合物のVOCによる臭いを除去する能力
ホルムアルデヒド、フェノール、トルエン、ガス、ガソリンなどの揮発性化合物（VOC）は、壁用塗料、室内用塗料、自動車用塗料などの溶剤として一般的に使用される有毒物質です。蚊スプレーボトル、香水、洗浄液、消毒剤、タバコの煙など。 これらの物質は、呼吸器への刺激、アレルギーを引き起こし、体内に蓄積し、肝臓、腎臓、中枢神経系に損傷を与え、癌を引き起こします。
これらのVOCは、ナノTiO2と接触すると、ナノTiO2によって容易に分解され、水、CO2、およびその他の無害な物質を形成します。 塗装された耐久性のある内面（PU塗装）が不快で有毒な臭いを引き起こす場合、その表面にナノTiO2コーティングを適用すると、VOCは逃げることなく表面で分解されます。人間が吸い込む空気。 同様に、長期間成形された壁や家具の表面は、コーティングがあると、不快で有毒なかび臭い臭いを発します。その表面は、臭いを引き起こして表面を劣化させるカビを発生させることができません。
現在、新しい壁のペンキの匂いを「取り除く」方法（キャンドルの使用、ルームスプレーの使用、香水の使用など）を使用して、実際にこの匂いを他の匂いに打ち負かして服用する人がいます。この方法は、空気中に高濃度で存在するVOCの性質上、実際には安全ではありませんが、他の臭いが私たちを圧倒するため、私たちの鼻はそれらを検出できません。
3. セルフクリーニングと防曇
Nano TiO2は親水性が高いため、材料の表面をセルフクリーニングするために使用されます。通常の条件下では、すべての材料の表面はさまざまな程度で疎水性であることがわかっています。材料の表面の親水性または疎水性は、水と表面の接触角によって評価されます。材料の種類によって、接触角が異なります。特に、TiO2光触媒膜は、紫外線を照射すると接触角がほぼゼロになり、表面が超親水性になるという興味深い性質を持っています。言い換えれば、表面はもはや疎水性ではないか、水は表面に液滴を形成することはできませんが、それは薄い水膜に広がります。光触媒超親水性は、防曇、セルフクリーニング、殺菌、脱臭、汚染物質除去などの幅広い用途があるため、重要な技術です。
したがって、屋外のガラスやソーラーパネルの表面などの表面にナノTiO2の層をコーティングすると、雨が降るとTiO2ナノ層が光触媒反応を起こし、雨水の影響下でガラスの表面のほこりや汚れをきれいにしますまたはソーラーパネル。 これにより、建物のガラスの美観が向上したり、ソーラーパネルの使用効率が向上したりします。
4.空気浄化：
排気ガスは、主にNOx、CO、ホルムアルデヒド、ベンゼン化合物などの都市部で大きな汚染を引き起こします。 人間が適切な濃度でそれらにさらされると、目、鼻、喉を刺激し、頭痛、めまい、吐き気を引き起こします。 また、幼児の肺機能障害や呼吸器感染症の増加を引き起こす可能性があります。 香港と日本の研究者は、環境汚染と戦う方法として、コンクリートにTiO2ナノを混合する実験を行っています。 テストでは、この材料は、ディーゼルトラックや古い車から放出される汚染物質であるNOxの90％を除去しました。
材料の表面のナノTiO2コーティングは、これらの汚染物質と反応して、CO2、水、その他の無害な物質を形成します。
5.適用場所：
家庭用品、子供のおもちゃ、または家、オフィス、車両、食品工場、レストラン（カフェテリア、ホテルなど）のその他の表面。 人間の健康を保護し、食中毒を引き起こすことを避けるために、微生物と病原体の相互汚染を避けるために、すべての表面を保護する必要があります。
新築住宅、壁のペンキの臭い、室内の臭いは健康に害があります。この臭いはできるだけ早く取り除く必要があります。 また、オブジェクトの場合、カビによる損傷や表面の劣化を防ぐために、古い壁をナノTiO2でコーティングする必要があります。
住宅、建物、ソーラーパネルのガラス面は、ホコリがたまると性能に影響を与えることもあり、非常に悪いので、簡単に掃除できるようにTiO2を覆う必要があります。