一项由日本研究者大约三十五年前独立发现和开发的技术最近吸引着全世界工业界的关注。这种光催化剂用在氧化钛见光时发生反应起作用,用它可以分解和除去无害的空气中的污染物和有机物质,比如真菌和细菌。已经有一些利用这种光催化剂的产品出现,例如空气净化系统和家用除菌和除臭设备。它也可以与亲水物质结合起来用,这种东西已经被允许用于自洁建筑物、街灯和路上的镜子。人们希望未来光催化剂在医疗和环境领域发挥重要的作用,专家认为这个市场现在有500亿至600亿日元的价值,预计将达到1万多亿日元的水平。
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Daikin Industries公司生产的空气净化器(时事通信社) |
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为丸之内大厦提供自动清洁瓷砖
当现东京大学名誉教授藤岛昭在1967年发现氧化钛的这种独特光催化性质时,他还是东京大学的研究生。他和他的导师现东京工艺大学校长本田健一,共同完成了这个现象的论文,也就是后来为人们熟知的“本田-藤岛效应”。东陶公司是一家卫生瓷具制造商,该公司联合东京大学研究组共同开发一种表面涂有氧化钛光催化瓷砖,这种产品在1994年上市。这种瓷砖拥有抗菌特性,这意味着任何在表面的细菌都会被氧化钛清除,同时还防止变黄,变味。这些瓷砖受到消费者的热烈欢迎。
氧化钛的亲水特性在1995年被发现,它的这种特性在光催化领域的应用增长很快。最吸引关注的创新之一是已经被应用于新丸之内大厦外表的光催化瓷砖,这座大厦于2002年9月在东京火车站前面开张。因为大厦面对的大路交通繁忙,一般的外墙很容易几被汽车排放出来的废气和特别的微粒染黑。但是现在大厦的外墙是自动清洁的,它的瓷砖在晴天用光催化剂分解尘垢和灰尘,它们的亲水特性让这些物质在雨天被冲走。除了长久保持建筑物表面的清洁外,这些瓷砖还帮助周围的地区除去二氧化氮等污染。丸之内大厦的除污效果相当于大约二百棵杨树。
研究应用这种物质亲水性方面的潜力还在继续。去年夏天位于神奈川县平塚市的日产车体公司在一栋用作员工更衣室的大楼的西墙,使用了一张表面涂有氧化钛的大网。这张网装备有在其表面提供少量水的机制。一旦房间的一个窗户打开,外面吹进去微风,里面的人感觉就像是在大树下乘凉一样。当外面的气温为摄氏31度时,里面的气温要低2至4度。因为当阳光照射这张网,表面的水会扩散成一层蒸汽,并变成蒸汽的同时,还吸收周围的热量。这些水由高为七米宽为50米的高科技喷水设施提供。使这个泵运转一个夏天的水和电的成本只有1万日元(按照人民币1元折算14.82日元计算,大约合675元),比使用空调的成本40万日元(合人民币2万6991元)远远要低得多。比空调更优越的另一个方面是,这种设备不散热,意味着对环境的压力小。人们希望推广这种应用可以减少热岛效应。
应用的多样性
光催化剂已经应用于我们周围的很多产品,包括空气净化器、冰箱的除臭器和真空吸尘器。有趣的是,甚至表面使用光催化剂的西服可以除去80%至100%的烟味和60%至100%的汉味。这种涂层在干洗后继续有效。越来越多的使用亲水特性的产品出现在各个领域,包括浴室的镜子,路边的镜子,和汽车后视镜。
当氧化钛与银和铜结合起来,得到的化合物高度防菌,因此它被应用于医院的地板等防止病菌的传染。在2002财政年度(2002年4月至2003年3月),其市场价值达8万亿日元。将来人们希望这种材料可以应用于不需要消毒的医疗器具,甚至通过杀死癌细胞来治疗癌症。
人们还认为光催化剂将在改善环境上发挥作用,已经有很多在实用阶段的例子。在神奈川县农业综合研究所里,氧化钛被用来除去农业化学品残留物。一周内,这些水就净化得可以养小锵鱼。
日本在光催化剂方面的研究领先世界,国内有大约2000家公司正在这个领域研究和开发。因为没有标准的规则,所以现在不可能将各种不同的产品性能进行比较。在欧洲,北美,和亚洲的公司也正在进入这个领域,经济产业省从2002年开始开发了一项标准规则,并希望在未来的国际规则组建中领先。