奈米材料在环工设备的元件的应用.docx

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1、奈米材料在環工設備的元件的應用忠信科技陳忠詰壹：基本原理說明：奈米材料在素材表面塗佈後，可給環工設備的元件，帶來物理及化學作用，有利於環工設備的元件的處理效果及使用安定性，分別說明如下：一：物理作用：玻璃製作時，係將溶融的玻璃在溶融的表面進行凝結；冷卻過程，空氣的冷凝作用及溶融錫的收縮作用，會在玻璃表面留下許多微小坑洞；如以放大鏡甚至顯微鏡觀察其表面，可以發現玻璃表面的粗糙、凹凸不平的現象。同樣的，塑膠製品及噴塗有機膜的產品，由於施工過程，皆有小分子曳出表面及溶劑揮發的現象，曳出的小分子及揮發的

2、溶劑，會在塑膠製品及有機膜噴塗的元件表面，留下許多微小坑洞。當污垢進入元件表面粗糙的孔洞內時，會因勘入孔洞內部，且和物件形成緊密的接著，造成清除上的困難。針對上述現象，以極小的奈米粒子填補粗糙孔隙時，可使物件表面變為更平滑，污垢不易附著（防污作用）；而且附著的污垢，其附著力也相對下降，使得清潔容易進行（易潔作用）。其中，玻璃存在許多微小坑洞會把入射光作雜亂地反射，也會造成透射光的相互干射，使的透射光的強度下降；奈米溶膠塗佈形成的平滑表面，會減少光線的干射效應，進而提高透光度。以上的物理作用機制，

3、因為不牽涉化學反應，所需要的是表面膜層特性，因此不需要太厚的奈米溶膠塗層；更為了透光率的考量，物理作用機制需要的是一層厚約數十或一、二百奈米之薄膜，即可達到防止污泥累積、水垢殘留及菌類滋長的作用。要能夠具有上述填孔、成膜及改善表面特性的奈米粒子，必須具有結晶良好、粒徑小（≦20nm，愈小愈好。）、雜質或添加物少等特性；忠信科技公司所開發的奈米溶膠為已結膠完成，且呈完全結晶態的水性奈米粉體溶膠；其溶液中除了主成份的奈米粉體粒子外，無任何反應物、副產物，其鹽類殘留量也都在100ppm以下，奈米粉體粒

4、子的粒徑小（20nm以下）而分佈集中。實驗測試部份，發現其吸附力強而成膜性佳（可在低溫成膜，或在高溫時於5分鐘內迅速成膜。）；因此，鍍膜的可行性大增。二：化學作用：奈米粒子為例，其受光線激發後進行氧化還原反應之過程，可以TiO2為例說明。當TiO2粒子吸收大於能階之光線能量後，電子即從共價帶(ValenceBand)激發至傳導帶(ConductionBand)成為自由電子，而在共價帶形成帶正電荷的電洞。激發態的電子可以與靠近光觸媒粒子表面的化學分子進行還原反應，將化學分子反應成還原態；另一方面，

5、電洞所帶的正電荷則可以與化學分子進行氧化反應，將化學分子反應成氧化態；因而在光觸媒粒子表面進行氧化還原反應，此即為典型的光催化反應過程；其作用又以脫色、除臭的效果最為顯著。要能發揮真正化學作用的功能，具有幾項條件：（一）結構及粒徑必須正確：必需為以銳鈦礦或銳鈦礦/金紅石混合結構存在，顆粒粒徑在30nm以下的二氧化鈦。（二）必需要有充份的照光及適度的水分。（三）必需充分的表面質傳及循環系統：光觸媒作用只發生在觸媒表面且屬於被動作用型態（必需被處理物到達觸媒表面才作用），因此充分的表面質傳（包括氣體

6、流動或液體流動）為反應持續進行的關鍵；另外，更需借助良好的循環系統設計，讓處理標的物有效而完全的流過光觸媒表面。（四）必需要有良好的預過濾系統：光觸媒作用完全倚賴觸媒表面進行，粉塵或不反應的懸浮粒子沾附觸媒表面，將導致光觸媒作用因照光受阻及反應物隔絕之雙重效應而減緩或停頓；因此有效的預過濾系統可確保光觸媒作用不會因粉塵或不反應的懸浮粒子等異物的沾附而失去作用，延長光觸媒的壽命。（五）用於適當的對象：光觸媒作用基本上是以氫氧自由基將有機物氧化，理論上可將有機物徹底分解，但由於光觸媒作用只在表面很小

7、的厚度範圍內進行，且反應時間短，只有具反應性較強官能基的有機物（如C-S，C-N或C=O，C=N等）才可在有限時間內反應；因此，正確的將光觸媒用於適當的對象，才能收到具體的成效；所以，將光觸媒用於除臭／脫色或刺激性VOC（大部份含C-S，C-N或C=O，C=N等官能基）才能快速發揮其作用。（六）用於處理低濃度之污染物或長期作用的場合：光觸媒的作用基本上屬於和緩的作用，對於高濃度或立即性的污染，將無法負荷而表現不出功效；只有將光觸媒應用於低污染濃度或長期作用的場合，或適用以維持生活環境之乾淨度，才

8、能有效發揮其作用。以上六項要素中，第（一）項：結構及粒徑必須正確，忠信科技公司所提供的奈米溶膠正好合乎所需；而第（二）項至第（六）項，配合有經驗的環境工程公司，實用的可行性很高。貳：奈米溶膠的塗佈：要藉由奈米溶膠塗佈形成良好的薄膜，需多種條件的配合，除了奈米溶膠原料的選擇外，基材的前處理∕塗布方式、設備及作業環境∕塗布後的處理，均為奈米溶膠薄膜是否吸附良好及長期安定的主因。分別說明如下一：基材的前處理：其主要目的及作用如下：（一）清潔：基材表面往往存在油污、粉塵、氧化物，若未有效去除，則奈米溶膠