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UVA LED光催化技术的空气杀菌消毒评价与应用

  • 发布时间:2020-05-06
  • 作者:广东粤能净bg电子官网科技有限公司
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UVA LED光催化技术的空气杀菌消毒评价与应用

 

  当前,新型冠状病毒仍在持续,对bg电子官网及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国家半导体照明工程研发及bg电子官网联盟、第三代半导体bg电子官网技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享

   一、 光催化技术简介

       光催化的发现来自于1972年,东京大学藤岛昭首次发现受到紫外线辐照的二氧化钛(TiO2)可发生持续的水的氧化还原反应而产生氢气。这一效果作为 “ 本多 · 藤岛效果 ” (Honda-Fujishima Effect)而闻名于世,该名称组合了藤岛昭教授和当时他的指导教师----东京工艺大bgbg电子官网官网长本多健一的名字。

1. 光催化技术介绍

1)光催化学科是催化化学、光bg电子官网学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域;

2)半导体在紫外光(波长小于380nm)激发下,产生光生bg电子官网和bg电子官网空穴;

3)bg电子官网空穴的能力达到3.0eV,相当于15000度温度的能量

4)光生bg电子官网具有还原性质,可还原水产氢,直接产电-太阳能电池---bg电子官网利用;

5)光生空穴具有强氧化性,能降解或矿化污染物,杀灭细菌和病毒---环境应用。

氧化性:F2>·OH>O3>H2O2>MnO4->Cl2

光催化技术可以有效降解几乎所有有机物

矿化含硫、氮、磷的化合物

高效杀菌消毒

 

2. 光催化杀菌消毒原理

       光催化剂产生的羟基自由基和活性离子氧可以氧化细菌和病毒体的氧化机理如下:

辅酶A氧化机理,细胞壁(膜)破坏机理,DNA&RNA遗传物质破坏机理光催化杀菌,具有传统无机抗菌剂无法比拟的优良杀菌效果,具有持久性,广谱性,耐热,不产生耐药性,杀菌彻底等优点,而且还具有无毒,无味,对皮肤无刺激,不消耗,可重复使用等优点。

值得注意的是,在让细菌病毒失活之后,细菌和病毒残留的尸体都是由基本元素构成,光催化可以高效地把残留的尸体分解去除掉。医学上有一种内毒素,光催化也可以进行分解。

       关于光催化杀菌,包括肺结核、乙肝,常规细菌、病毒等,国内外有很多种文献,在机理和应用,实验室层面论证,效果完全没有问题。

二、 光催化效果评价

       关于评价,首先会有标准的问题,对比国际标准,目前国内关于光催化的标准很不健全。在空气净化、水净化、光催化材料自洁、抗病毒、光催化用的紫外光源等方面,标准其实很少,而且还不是强制标准。尤其是紫光的部分,不包括LED紫外光源。


 

现有光催化标准测试评价还存在问题,主要包括:测试条件和实际使用的条件差距大,无法反应实际使用场景的效果;接受国标标准认证的测试机构少,无法给出有效的检测报告。


 

从粤能的角度,根据空气净化器国标设计了自己的光催化反应器,结构如下图:


 

       通过这样一个反应器,bg电子官网在实验室的立方仓中先测试一些甲醛,之后开始测试细菌,后来测试过病毒。在数据充分的基础上,进行了催化剂跟光源的各种适配。稳定以后,把它变成一个标准的光催化单元放到bg电子官网的净化设备中用来检测净化器或者消毒机的实际使用水平。

值得一提的是,通过测试发现,在一个小时之内,一立方仓里的甲醛降解效率可以超过90%。需要注意的是,大家可能对光触媒和光催化有一定的了解,也可能看到过很多报告,其中有一个值一定不能忽略,那就是作用时间。有一些厂家做测试,可以做到99%以上的光触媒,但是作用时间超过24个小时,甚至达到了48小时或72小时,效率会很低。

此后bg电子官网又做了其他有害气体的测试,比如三苯有害气体,包括甲苯、二甲苯等,臭气典型代表,包括氨、二氧化硫、硫化氢等,对于光催化的材料去除工业废气、除臭,有了比较坚实的实验基础和实验数据的支撑。针对细菌也做了一定的测试,效果也非常好。

量产的设备结构很简单,做成的设备,对于白色葡萄球菌、H3N2流感病毒等的杀灭效率都比较高。

光催化空气处理设备结构

 

三、 现有UV杀菌技术比较

       紫外线这部分,其实有紫外光解和紫外光光生臭氧两个反应。因为紫外线的波长越短,频率越高,光波本身带来的能量会越大,这个能量一旦大过有机物或化合物或者细胞本身的细胞键之间的能量,就会产生一定的光解效果。


 

       紫外汞灯的UVC波段,主要集中在254nm和185nm两个波段,因为汞光源只能激发这两个峰值比较高的波长。在185nm波段,汞紫外线的光解效果和光生臭氧效果会显现出来,所以用185nm的紫外灯杀菌消毒的时候,跟光源本身波长的杀菌效率有关的光解和光生臭氧的影响会出现。所以有时候很难区别185nm波段的汞灯是靠光源杀菌、光解杀菌还是光生臭氧杀菌。

但有一点可以确定的是,波长越短的情况下,光波能量越大,衰减效率会变大,所以在长距离上的作用能力也会越弱。

 

UV净化技术比较

 

四、 UVA LED光催化市场应用

        UV LED给光催化带来了很大的技术优势,从能量强度和能量密度上已经提高了不止一个数量级,单位面积已经达到四五十毫瓦每平方厘米没有任何问题。

 

UVA-LED给光催化带来的技术优势

 

       第三代半导体技术的低功率高光电效率窄带UVA LED紫外光源光催化技术就有众多优势:

杀菌广普和能力强,无耐药性,分解彻底;有毒有机物的彻底矿化,均可高效降解;效率高,寿命长;维护简单,运行费用底;无污染,无毒,卫生安全,环境友好。

 

空净市场需求分析

 

       根据经验,bg电子官网可以把空净市场简单分为民用、商用、医用、工业、军工等这几个大的行业。不同应用场景里有不同的净化需求,很多现有的解决方案与解决技术都无法解决问题,大家可以根据自己的经验参考。

总体而言,基于第三代半导体材料的紫外光源给整个光催化技术带来了新的变革。比如从光源的能量角度带来了数量级的提高;寿命,环境安全性能得到了质的飞越;给光催化的研究与应用带来新的契机;撬动bg电子官网与大健康与病毒防疫的巨大bg电子官网市场;淘汰落后材料与技术(汞、活性炭等)带来了坚实的技术基础。

 

光催化技术应用

 

广东粤能净bg电子官网科技有限公司

       公司拥有完全自主知识产权,研发和制备新型bg电子官网材料,设计和制造新型bg电子官网设备的bg电子官网技技术性bg电子官网企业。被第三代半导体联盟推荐牵头起草《光催化净化UVA LED技术要求》行业标准


 

 

 


 

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