當前，新型冠狀病毒仍在持續，對產業及企業造成了一定程度的影響，也牽動著各行各業人們的心。在此形勢下，中國半導體照明網、極智頭條，在國家半導體照明工程研發及產業聯盟、第三代半導體產業技術創新戰略聯盟指導下，開啟疫情期間知識分享，幫助企業解答疑惑。助力我們LED照明企業和產業共克時艱！
本期，我們邀請到廣東粵能凈環?？萍加邢薰靖笨偨浝韽堭?，帶來了 “UVA LED光催化技術的空氣殺菌消毒評價與應用”的精彩主題分享，以下為文字實錄：
一、 光催化技術簡介
光催化的發現來自于1972年，東京大學藤島昭首次發現受輻射的二氧化鈦（TiO2）可發生持續的水的氧化還原反應而產生氫氣。這一效果作為 “ 本多 · 藤島效果 ” （Honda-Fujishima Effect）而聞名于世，該名稱組合了藤島教授和當時他的指導教師----東京工藝大學校長本多健一的名字。
1. 光催化技術介紹
（1）光催化學科是催化化學、光電化學、半導體物理、材料科學和環境科學等多學科交叉的新興研究領域；
（2）半導體在紫外光（波長小于380nm）激發下，產生光生電子和電子空穴；
（3）電子空穴的能力達到3.0eV，相當于15000度溫度的能量
（4）光生電子具有還原性質，可還原水產氫，直接產電-太陽能電池---能源利用；
（5）光生空穴具有強氧化性，能降解或礦化污染物，殺滅細菌和病毒---環境應用。
氧化性：F2＞·OH＞O3＞H2O2＞MnO4-＞Cl2
光催化技術可以有效降解幾乎所有有機物
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
光催化劑產生的羥基自由基和活性離子氧可以氧化細菌和病毒體的氧化機理如下：
輔酶A氧化機理，細胞壁（膜）破壞機理，DNA&RNA遺傳物質破壞機理
光催化殺菌，具有傳統無機抗菌劑無法比擬的優良殺菌效果，具有持久性，廣譜性，耐熱，不產生耐藥性，殺菌徹底等優點，而且還具有無毒，無味，對皮膚無刺激，不消耗，可重復使用等優點。
值得注意的是，在讓細菌病毒失活之后，細菌和病毒殘留的尸體都是由基本元素構成，光催化可以高效地把殘留的尸體分解去除掉。醫學上有一種內毒素，光催化也可以進行分解。
關于光催化殺菌，包括肺結核、乙肝，常規細菌、病毒等，國內外有很多種文獻，在機理和應用，實驗室層面論證，效果完全沒有問題。
二、 光催化效果評價
關于評價，首先會有標準的問題，對比國際標準，目前國內關于光催化的標準很不健全。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，標準其實很少，而且還不是強制標準。尤其是紫光的部分，不包括LED紫外光源。
現有光催化標準測試評價還存在問題，主要包括：測試條件和實際使用的條件差距大，無法反應實際使用場景的效果；接受國標標準認證的測試機構少，無法給出有效的檢測報告。
從粵能的角度，根據空氣凈化器國標設計了自己的光催化反應器，結構如下圖：
通過這樣一個反應器，我們在實驗室的立方倉中先測試一些甲醛，之后開始測試細菌，后來測試過病毒。在數據充分的基礎上，進行了催化劑跟光源的各種適配。穩定以后，把它變成一個標準的光催化單元放到我們的凈化設備中用來檢測凈化器或者消毒機的實際使用水平。
值得一提的是，通過測試發現，在一個小時之內，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告，其中有一個值一定不能忽略，那就是作用時間。有一些廠家做測試，可以做到99%以上的光觸媒，但是作用時間超過24個小時，甚至達到了48小時或72小時，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廢氣、除臭，有了比較堅實的實驗基礎和實驗數據的支撐。針對細菌也做了一定的測試，效果也非常好。
量產的設備結構很簡單，做成的設備，對于白色葡萄球菌、H3N2流感病毒等的殺滅效率都比較高。
光催化空氣處理設備結構
三、 現有UV殺菌技術比較
紫外線這部分，其實有紫外光解和紫外光光生臭氧兩個反應。因為紫外線的波長越短，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物或化合物或者細胞本身的細胞鍵之間的能量，就會產生一定的光解效果。
紫外汞燈的UVC波段，主要集中在254nm和185nm兩個波段，因為汞光源只能激發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出來，所以用185nm的紫外燈殺菌消毒的時候，跟光源本身波長的殺菌效率有關的光解和光生臭氧的影響會出現。所以有時候很難區別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凈化技術比較
備注：圖中空氣殺菌，第一個為靜態空氣殺菌，第二個動態空氣殺菌。
UV LED給光催化帶來了很大的技術優勢，從能量強度和能量密度上已經提高了不止一個數量級，單位面積已經達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優勢
第三代半導體技術的低功率高光電效率窄帶UVA LED紫外光源光催化技術就有眾多優勢：
殺菌廣普和能力強，無耐藥性，分解徹底；有毒有機物的徹底礦化，均可高效降解；效率高，壽命長；維護簡單，運行費用底；無污染，無毒，衛生安全，環境友好。
空凈市場需求分析
根據經驗，我們可以把空凈市場簡單分為民用、商用、醫用、工業、軍工等這幾個大的行業。不同應用場景里有不同的凈化需求，很多現有的解決方案與解決技術都無法解決問題，大家可以根據自己的經驗參考。
總體而言，基于第三代半導體材料的紫外光源給整個光催化技術帶來了新的變革。比如從光源的能量角度帶來了數量級的提高；壽命，環境安全性能得到了質的飛越；給光催化的研究與應用帶來新的契機；撬動環保與大健康與病毒防疫的巨大產業市場；淘汰落后材料與技術（汞、活性炭等）帶來了堅實的技術基礎。
光催化技術應用
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公司擁有完全自主知識產權，研發和制備新型環保材料，設計和制造新型環保設備的高科技技術性環保企業。
問答環節
1.臭氧濃度的控制，各個引用環境對臭氧濃度的標準如何？
張皓：可以參照國標《GB21551.3—2010家用和類似用途電器的抗茵、除茵、凈化功能空氣凈化器的特殊要求》里關于臭氧濃度、紫外線泄漏濃度的測試方法和要求。我們的測試數據顯示，光催化在用UV光源的情況下不會產生臭氧。第三方報告安規測試也可以驗證。
2.光觸媒的消耗怎樣，是易耗品嗎？
張皓：催化劑的特性是不參與化學反應，只會影響反應速率，所以是不消耗的。但過程中很多催化劑會出現中毒或者失效的狀況，跟使用工況有關系。還有一些催化劑是在高溫高壓下使用，這些情況下可能會有其他的物理和化學的反應在里面，會導致催化性的特性失活。
3.UVA強度增加是否可以提高光催化效率？
張皓：UVA光源與催化劑可以理解為工具跟工人的關系。如果單獨用UVA LED跟UV汞燈比較，工具的量差了很多個數量級。為了便于理解，舉個例子，如果把催化劑想象成工人，假如平面上催化劑只有十個工人，如果用UV汞燈，單位時間內只能給出一把工具，那么會有9個工人沒有工具無法工作。但如果用UVA光源，單位時間內可以給出10把工具，那10個工人都能完全工作。
不過，如果光源強度再提高，單位時間內能給出100把工具給10個工人，然而工人的數量有限。所以，光源對于催化劑，如果過飽和，那么光源功率提高帶來的溫度和壽命影響會得不償失。
催化劑跟光源需要匹配，首先要定量，其次在定量的基礎上增大有效光輻照面積下催化劑的量，也要提高有效面積下輻照均勻度跟輻照強度，這是相輔相成的。
4.UVA LED用于醫療美容領域較多，UVC LED滅菌最好的波長是多少？現在LED封裝可以做到254nm嗎？
張皓：UVA LED現在應用最廣的市場是光固化,跟美妝市場有關系的是美甲燈,其次是驗鈔機廠。殺菌最好的波長是在260nm到275nm之間。之所以會有254nm的說法，是因為汞光源激發的UVC波段峰值波長只有254nm，但這并不是說254nm是最好的。
5. 臭氧滅毒效果好還是UV滅毒效果好？
張皓：從定量的效果上來看，兩者差別不是特別大，但實際使用的時候跟這兩個的特性有關系。UV殺菌，只對受照面有用。要想哪里殺菌，必須光照到哪里才可以。臭氧的特性是可以充滿整個空間，都能殺消。雖然臭氧有優勢，但是對上呼吸道的刺激非常厲害，容易癌變，臭氧也是國家規定的其他污染物之一，有利有弊，使用時一定要封閉空間。
6.新冠肺炎通過氣溶膠傳播，光催化是否有預防作用呢？
張皓：不能直接說光催化對氣溶膠有作用。氣態顆粒物包括粉塵，如果粒徑小于2.5微米，很容易在空氣中懸浮，顆粒物如果只是固體粉塵，很簡單，就只是顆粒物。但像甲醛等在顆粒小的情況下，跟空氣中的粉塵或者水分子結合之后，可以形成氣溶膠，很容易通過空氣擴散到四處。
光催化凈化器的原理很簡單，就是通過大風量的循環讓空氣主動接觸催化劑，再通過催化劑發揮分解作用，如果空氣中有甲醛，氣溶膠里面含有細菌或者病毒成分，可以在封閉環境中把氣溶膠的濃度降低，但是無法100%去除。
二是氣溶膠中含有細菌、病毒的濃度是有限的。人體受感染之后，要達到一定限度，一定量級才會有傳染效果。使用光催化技術可以保證在動態平衡過程中讓空氣中的氣溶膠達到比較低的水平，變相的降低污染可能。
7. UVA照射光觸媒產生的羥基自由基有效距離是多少，是否做過30立方米倉實驗，如果距離更遠，是否能達到殺菌效果？
張皓：羥基自由基是光催化分解空氣中的水分產生的，在空氣中，羥基自由基是游離不出催化劑表面的。羥基自由基的定量，目前有方法可以做到。
實際上，做氣相色譜測試時，進入氣相色譜的氣體標準氣濕度是0%。做測試之后發現，光催化不需要產生羥基自由基一樣能夠有很好的氧化效果，因為電子空穴氧化效果很高，但是電子空穴的定量測試氧化效果，目前沒有任何手段能做到。
我們的經驗是換風效率變高，可以讓單位時間內通過光催化材料的氣體量變多，提高效果。但是若想通過羥基發出去主動殺菌的話，羥基的氧化能力比臭氧還高，一定會傷人，所以理論和實踐都不可行。羥基在空氣中不會離開催化劑，在水中可以離開，但是它能存活的時間很短。
8. 光催化隨著使用，功效是否會有衰減，如何評判？
張皓：根據實際經驗和老化設備狀況來看，時間久了會有衰減。因為在實驗室條件下，可以保證實驗倉的空氣組分很干凈純潔，但實際應用場合很復雜，空氣中有水分、細菌、自然菌、病毒、甲醛等，這些相互影響因素有很多，很難排除。
綜合來看，影響光催化效率的主要因素，一是光源的光衰，如果主動改變降低電功率之后，光源的過飽和狀態情況下衰減到不飽和，光催化效率會降低。二是如果實際使用中不做顆粒粉塵保護，時間久了催化劑表面在高倍數（500-700倍）顯微鏡下可以看到粉塵，可能會嚴重阻擋催化劑表面，甚至導致催化劑變色，會影響效率。
根據兩年時間左右老化設備情況來看，新設備可能一個小時分解甲醛效率在92%~95%之間，使用一年之后復測效果，還可以達到80%以上。
（文字根據直播內容編輯整理，略有刪減）
注：識別二維碼關注公眾號，對話框回復關鍵詞 “214” 獲取完整會議PPT。
