TWI307289B - - Google Patents

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TWI307289B
TWI307289B TW092113409A TW92113409A TWI307289B TW I307289 B TWI307289 B TW I307289B TW 092113409 A TW092113409 A TW 092113409A TW 92113409 A TW92113409 A TW 92113409A TW I307289 B TWI307289 B TW I307289B
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Description

1307289 疚、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是採用溶凝膠鍍膜技術，於玻璃纖維布或套管 上進行光觸媒鍍膜，再將此玻璃纖維布或套管包覆於曰光 燈管外，當螢光燈點亮用於照明時，利用螢光燈之光源照 射在鍍膜，產生電子洞對，在空氣中分解空氣中廢氣。 光觸媒鍍膜主要採用二氧化鈦銳鈥礦(Ti〇2 Anatase) 奈米結晶微粒溶膠’配合其它成份包括紙、Zn〇、紐〇2及 Fe2〇3製得具光觸媒鍍膜用二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase) 混成溶膠，為提高光觸媒分解能力，可添加貴金屬Au、Pd、 Pt或Ag等，或過渡金屬氧化物Mo、Nb、V、Ce或Cr等 成伤，進行二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase^成溶膠於玻 璃纖維^或玻璃纖維套管鍍膜，製得光觸媒鐘膜玻璃纖維 布或套官’包覆於各式螢光燈管外，製成光觸媒空氣清淨 螢光燈因一氧化鈦銳鈇礦(Ti〇2Ana1:ase)溶膠為奈米钤 晶微粒，粒徑小於2〇 nffi，鑛膜具可見光光觸媒功效；、= 光燈光源♦可見光及少量365 、郷咖近紫外線昭 Ϊ漆ί ίί觸媒作用、。用於照明時，同時具有光觸媒空氣 '月、；效，可除臭消煙、殺菌抑菌及自清等用途。採用 Z式設置，_時空氣在日光燈管相自^ = «之C〇2、私0等無害之氣體。 【先前技術】 溶凝耀技術目前正受科技先進國家重視，其主要顧 1307289 在傳統化學錄職術魏制_時，尤紅 =統技術已不能滿足需求時’特別是多成份特殊結構之 =料’無法在傳統熱融法、沉殿法製得之材料，加上 蒸鑛技術無法在减觸面舰。溶凝職酿容易製得 金屬氧化物鍍膜’而觸媒鑛膜又f多孔性之結晶微粒梦 膜’正是錢麵狀躲，目此 世紀末為最熱門之研發技術之一。 採用溶凝膠製備觸媒近期亦受化工業重視，其中以光 觸媒技術最受重視，包括早期開發光觸媒粉體用於廢水處 理有 Robat A. Clyde、美國專利 4,446,236 ; Robat E. Hetrick, Ford Motor Company,美國專利 4,544,470 ;
Yashiaki Harada et al·，Osaka gas company,美國專 利 4, 699, 720，Tomoji Kawai, et al，Nomura Micro Science Co.，美國專利 4, 863, 608 ; David G. Ritchie, 美國專利 5,069,885;Gerald Cooper, etal·，Photo Catalytics Inc·，美國專利 5，116,582, 5，118,422, 5,174,877, 5, 294, 315 ； Adam Heller, et al., Board of
Regents, The University of Texas System,美國專利 5,256,616 ; Ali Safarzedeh-Amiri, Cryptonics
Corporation，美國專利 5, 266, 214 ; Fausto Miano & Borgarel lo，Eniricerche S. P. A.，美國專利 5, 275, 714; Nancy S., Fooster et al., Regents of the University of Colorado,美國專利 5, 332,508 ; Ivan Wlassics et al.，Ausimont S. P. A.，美國專利 5, 382, 337 ; Paul C. Melanson & James A. Valdez， Anatol Corporation,美 1307289 國專利 5,395,522 ; Henry G. peebles HI et al., American Energy Technology, Inc.，美國專利 5,449,466； Brain E. Butters & Anthony L. Powell, Purific Environmental Technologies Inc.，美國專利 5, 462, 674、5, 554, 300、5, 589, 078 ; Yin Zhang, et al.， Board of Control of Michigan Technology University, 美國專利 5, 501，801; Clovis A. Linkous，University of Central Forida，美國專利 5,518,801 ; Clovis a. Linkous，University of Central Forida，美國專利 5,518,992 ； Eiji Normura & Tokuo Suita, Ishihara Sanyo Kaisha Ltd.，美國專利 5, 541，096。 前述這些美國專利主要用於水處理，且觸媒為顆粒 狀’需有過濾回收裝置，最重要光觸媒作用需有足夠的水 中溶氧，若水中溶氧不足尚需通入空氣，以達成光觸媒分 解時所需氧分子。 其後亦有利用光觸媒為廢氣處理，如Gregory B. Roupp & Lynette A. Dibble, Arizona State University,美國專利 5,045,288; Jeffrey G. Sczechowski et al., The University of Colorado，美國專利 5, 439, 652 ; William A. Jacoby & Danial M. Blake,美國專利 5, 449, 443 ; Zhenyyu Zhang & James R. Fehlner， Inrad，美 國專利 5,468,699 ; Franz D. Oeste. Olga Dietrich Neeleye 美國專利 5, 48〇, 524。 上述專利原出自於廢氣處理，故基本上在一密閉反應 1307289 :内’不論是顆粒觸或賴觸雜在制或操作 品要複雜的設備來處理。 ^在上述缺點使得光觸媒都無法有效清淨居住環境空 氣’而揼職維為細媒鍍職齡合包覆於紫外燈管外 之廢水廢氣處理光觸媒反應器有Michael K. R〇bertson & obert B Henderson, Nutech Energy Systems Inc., 國專利4, 982, 712，因其反應器為密閉型，流體流動須借 栗f強迫触’故在實際使科不純。職我們亦開發 在I外燈管外’包覆光觸媒鍍膜玻璃纖維布或套管，提高 光觸媒清淨空氣效率！〇倍獲得美國專利6,135, 838及 ^336,998。因紫外燈非用於照明，故其用途著重於空氣 /月淨、水質淨化、殺菌抑菌及廢氣廢水處理，具有良好光 觸媒功效。 一因奈米材料技術不斷進步，光觸媒材料製備技術亦大 幅改進，不但大幅提高光觸媒效率，更因TiOdnatase奈 米結晶微崎健倾術改進，製得可見光細媒材料。 在各式螢光燈管外進行光觸媒加工，不但可用於照明亦可 清淨空氣。因此有Hir〇shi Taoda and Watanabe美國專 利 5,650,126 及 5,670,206 ; Ichikawa Shinichi, Furukawa Yashinori, Azuhata Shigeru 美國專利 6, 024, 929，因其皆採用非結晶態之二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠進行螢光燈鍍膜，需經5〇(rc左右燒結得二 氧化鈦銳鈦礦(TiOdnatase)結構。經高溫燒結之二氧化 鈦銳鈦礦(TiOdnatase)膜層結構緊密，但因光源由光觸 媒背面照出，與光觸媒作用產生之電子洞對需遷移到表 1307289 面’才戒與空氣接觸進行空氣清淨之個，但因電子洞對 ，移過程巾’大部份又結合無法進行光_個。又因二 礦ai(Unatase)膜層結構緊密、孔隙度低及 孔控小’空氣巾有魏體及無機氣體無法有效於光觸媒鐘 膜中擴散。加上直接在燈管上鑛膜，光觸媒量及表面積較 小’使光觸絲清淨能力弱等缺點。
Akira Kawakatsu and Kanagawa-ken 美國專利 6,242,862 m，採用二氧化鈦銳鈦礦(TiOzAnatase)奈米 微粒粉體分胁含_賴巾，目其二氧減織礦(Ti〇2 Anatase)奈米微粉是經高溫燒結製得，雖經醇溶劑分散， 微粒表面·~~〇H氫氧基报少，於螢光燈管表面鑛膜附著性 差。故耑再添加無機膠合劑如Silane c〇Upling Agent發 烷偶合劑、Si〇2溶膠、Ti〇2溶膠或Ah〇3溶膠等，製得之二 氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)奈米微粉分散混成漿液或溶 膠，進行日光燈鍍膜。添加各式無機膠合劑都會將光觸媒 表面部份或全部覆蓋，因而降低空氣、水氣及空氣中有機 氣體或無機氣體與光觸媒材料接觸機會，使得光觸媒鍍膜 日光燈空氣清淨之功效大幅降低。該專利為提高二氧化鈇 銳鈦礦(Ti〇2Anatase)奈米微粉鍍膜附著性，在日光燈管 表面進行複雜之非平滑或坎孔式覆膜前製程，再於坎孔中 以二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)奈米微粉之分散混成漿 液或溶膠填孔式覆膜，如此更降低光觸媒鍍膜曰光燈空氣 清淨之功效。 【發明内容】 故本發明開發在溶液中製備二氧化鈦銳欽石廣 1307289 (TiOzAnatase)結晶微粒溶膠，該微粒粒徑〈2〇咖。 因二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠是在以水為 主之溶液中製得二氧化鈦銳鈦礦 米結晶微粒，表面皆為—〇H氫氧基，表面活性極 尚。使用一氧化鈦銳鈦礦（Tj〇2Anatase)溶膠鍍膜， 祇需經低溫（100〜250。〇烘烤，去除有機溶劑及有 機添加劑，即可得奈米多孔之二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)堅固鍍膜。因二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠粒徑<2〇nm，其初級粒子達1〇nm等 級，由於奈米材料之特性，使得二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)在可見光範圍内都具光觸媒效果。且 因不需高溫燒結，得奈米多孔之二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2Anatase)鍍膜，可供空氣及有機或無機氣體擴 散到光觸媒鍍膜内部’更接近光源照射光觸媒鍍膜 背面。或使燈管内部受光照射產生電子洞對，可有 效遷移到光觸媒鍍膜表面，提高光觸媒分解廢氣、 清淨空氣及殺菌抑菌之功效。 上項開發之二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶 膠鍍膜日光燈，基本是靠二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)粒徑進入奈米等級後，光觸媒作用產生量 子化’降低導電能階與反應物能階間活化能，此活 化能最高可達〇4 8ev，因粒徑小其活化能可小於 〇. 5eV ’如此減低〇. 3ey活化能，使原385nm紫外線 才可作用之光觸媒在425nm可見光下即可產生光觸 媒作用’預期最低可在512nm可見光下產生光觸媒 1307289 作用。 本發明光觸媒空氣清淨日光燈’是在玻璃纖維布及套 笞進行二氧化鈇銳鈦鑛(Ti〇2 Anatase)光觸媒溶膠鍍膜， 經過150〜25(TC烘烤，再包覆或穿套在燈管外，製得光觸 媒空氡清淨螢光燈。因玻璃纖維布及套管表面積遠大於螢 光燈管表面積，可大幅增加二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase) 光觸媒鍍膜表面積10倍以上。又因玻璃纖維布及套管之 玻璃纖維空隙遠較光觸媒鍍膜孔隙大，大幅提高空氣及空 氣中有機氣體或無機氣體與光觸媒鍍膜表面接觸機率及 擴放效率。再因從日光燈發出之光線照在光觸媒表面，與 空氣及空氣中有機氣體或無機氣體接觸光觸媒方向相 同，更加強光觸媒作用之效率。在採用玻璃材質之纖維布 及套管對螢光燈發出之光線不吸收，不會降低各式螢光燈 明免度。本案前提出廢氣處理紫外燈，採用玻璃纖維布 及套管進行光觸媒溶膠鍍膜，再包覆或套於紫外燈管外製 得廢氣處理紫外燈，獲得美國專利6，135,838及 6,336·998 B1。因二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)結晶微 粒溶膠之開發成功n錄彳i<2()nm。級玻璃纖維布 及套官進行光觸媒溶膠鍍膜，再包覆或套於各式螢光燈管 外製知光觸錢清淨螢統，經實驗室測試，其功效較 美國專利 5’ 65G，126、5670, 2G6、6, 024, 929 及 6, 242, 862 B1強’其照明魏不減，躲卿並可清淨空氣，故提出 本發明專利申請。 以下之說明將進一步闡明光觸媒空氣清淨螢光燈之 各種特性。 1307289 本毛明係利用螢光燈光源中少量祁5nm及4〇5nm近紫 外線及部份藍光，照射在光觸上，可產生自由電子洞 對’進1光觸媒反應對空氣中有害氣體(有機或無機)進行 不斷的氧化還原反應，生成無害物質如⑽或⑽等氣 體而本發明之光觸媒空氣清淨螢光燈，祇要在螢光燈管 座上換上光觸媒空氣清淨螢光燈，在點燈時即可將空氣中 有害廢氣分解為無害氣體，處處可裝設且經濟方便/、 光觸媒作用僅在％直接正面照射最有效，背部照射效 果差其原因當光照射光觸媒表面產生電子洞對時若未與 氧氣及待反應物結合，則此反應無法進行，電子洞對 ^electron hole pairs)在極短時間（微秒）又結合放出熱 能。然光觸媒可在鍍膜結構中加入貴金屬pd ' pt、如及 Ag等’可降低光觸媒激發能量，使日光燈中近紫外線365咖 及405nm或甚至小於藍光48〇nm之光線照射產生之電子洞 對，延長電子洞對反應活性存在時間，提高光源照射效 率’進行空氣中廢氣分解。光觸媒反應必需當氧氣、水氣、 反應物及觸制時存在，配合光賴射赵氧化還原反 應。 因光觸媒有效厚度視材料孔隙度大小影響，採用溶膠 鐘膜在光穿透之基材表面鐘上—層約1 〃有效厚度。光觸 媒材料’常採用真空鍍膜、氧化還原麵及水令沈積鑛臈 製作。因真空鍍膜大都用於平板表面加工，不符合實用^需 求，再加上Μ賴無法獲得纽觸縣構及^觸媒作 用之結晶結構。水中沉積鍍膜是在水溶液中將光觸媒金屬 氧化物沉澱在被鍵材表面，但因吸附之觸媒與被鍍材表面 12 1307289
氧化還原鍍膜採用鈦金 f表面形成二氧化鈦薄 鍵膜表面積不足，光觸
’產生電子洞對，分解空氣中廢氣。 本發明採用溶凝膠鍍膜技術在 布或套管表面進行光觸細_，將此= 本發明細溶郷麵技術，靴雜叫叫為主 要原料，在溶液中製備二氧化鈦銳鈦礙(Ti()2Anatase)結 晶微粒溶膠，雜絲徑<2()nm。目三氧化賊鈦礦(Ti〇2 Anatase)轉是在财為主之歸帽得二氧化欽銳欽 礦(Ti〇2Anatase)奈米結晶微粒，表面皆為一QJJ氳氧基， 表面活性極高。使用二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)溶膠 鍍膜，祇需經低溫(1〇〇〜25〇。〇烘烤，去除有機溶劑及有 機添加劑’即可得奈米多孔之二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)堅固鍍膜。因二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)溶 膠粒徑<20nm，其初級粒子達i.〇nm等級。由於奈米材料 之特性’使得二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)在可見光範 圍内都具光觸媒效果。且因不需高溫燒結，得奈米多孔之 二氧化欽銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)鐘膜，可供空氣及有機或 無機氣體擴散到光觸媒鍍膜内部，更接近光源照射光觸媒 鍍膜背面。或使燈管内部受光照射產生電子洞對，可有效 遷移到光觸媒鍍膜表面，提高光觸媒分解廢氣、清淨空氣 1307289 及殺菌抑菌之功效。 其它成份如WOa、ZnO、Sn〇2及Fe2〇3奈米微粒或奈米 結晶微粒，採用W、Zn、Sn及Fe之有機或無機鹽在醇溶 劑中進行溶解，或製成奈米金屬氧化物錄或結晶微粒， 分散於溶射是為轉。配合賴光_魏添加於二氧 化鈦銳鈦礦(TiCfeAnatase)溶膠中，製得光觸媒鍍膜用二 氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)混成溶膠。採用玻璃纖維編 織布或套管進行光觸媒溶膠鍍膜，除增加光觸媒表面積， 且可讓空氣中廢氣輕易擴散至光觸媒活性位置。玻璃纖維 編織布或套管以-般編織方法製作即可，玻璃纖維線獲 10〜100μ，採用線數1~1〇支，其空隙度1〇〇〜1〇〇〇mesh皆 可，編織後玻璃纖維布或套管可經秒燒偶合劑強化，其它 材質如石英亦可。 將玻璃纖維布或套管以批次或連續滾筒浸鍍光觸媒 f膠，控制浸鍍拉昇速度及空氣溼度，在玻璃纖維布或套 官表面均勻塗布一層（0· 1〜1· 〇μ)之光觸媒鍍膜，鍍膜後之 纖維布及套管在空氣中乾燥（Η0分），進入150〜25(TC烘 烤ΗΜ00分鍾，即可製得光觸媒鍍膜玻璃纖維布或套管。 若為提高光觸媒鍍膜玻璃纖維布或套管之廢氣處理 功效，提鬲光觸媒光激發電子洞對存留時間，可添加具氧 化觸媒之金屬溶液於二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠 中，可用之金屬有貴金屬Pd、Pt、Au及Ag之無機鹽、有 機金屬或奈米金屬微粒’亦可用過渡金屬Fe、Mo、Nb、v、
Ce或Cr之無機鹽、有機酸鹽或過度金屬氧化物奈米微 乎衣付一氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)混成溶膠。進行 14 1307289 玻璃纖維布或套管二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠鍍 膜，或含貴金屬或過渡金屬氧化物二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)混成溶膠鍍膜。亦可將二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠鍍膜玻璃纖維布或套管，浸泡於上述加具氧 化觸媒之金屬溶液後取出烘乾即可。該氧化觸媒之貴金屬 溶液濃度，以鍵膜後貴金屬附著量為二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)鍍膜之〇. 1 wt%以下，否則會產生明顯奈米金屬在 可見光下吸收現象，降低螢日光燈照明效果。 使用上述二氧化鈥銳欽礦(Ti〇2 Anatase)溶膠光觸媒 鍍膜玻璃纖維布或套管，剪裁所需尺寸包覆於螢光燈管 外’剪裁尺寸視螢光燈管長度及包覆層數而定，包覆後使 用耐紫外線膠固定，其他以缝接或雷射燒結固定皆可。採 用玻璃纖維套管進行光觸媒鍍膜’内徑與日光燈管相當， 裁剪所需尺寸直接套於日光燈管上，兩端以熱收縮膠管經 熱風收縮固定光觸媒鍍膜玻纖套管於螢光燈上。 本發明採用各式螢光燈，其螢光波長主要為 420〜700nm之可見光，及少置365nm及405nm近紫外線二 為便於可見光盡量穿透光觸媒鍍臈玻璃纖維布及套管，可 採用較細及較鬆之玻璃纖維布及套管為基材，進行光觸媒 溶膠浸鍍，得均勻透明之光觸媒鍍膜玻璃纖維布及套管’ 直接包覆於日光燈管上或套於曰光燈管上，得空氣清淨日 光燈。除直接當照明用，亦可清淨室内空氣。 本發明之光觸媒空氣清淨螢光燈，採用開放式安裝， 在一般螢光燈安裝座上接上即可使用，因螢光燈管在通電 點燈時，除燈管放出可見光用於照明，亦可清淨環境办 15 !3〇7289 氣’提高空氣品質。當螢光燈點量時，電能轉光能時部份 變為熱能，使燈管昇溫造成燈管外空氣自然對流，可加速 廢氣接觸光觸媒分解與脫附效果。若配合使用場合，如大 廈空調，住家廁所排氣及冷氣機及電風扇，光觸媒空氣清 淨螢光燈其效果更佳。 【實施方式】 本發明採用溶凝膠鍍膜技術於玻璃（包括陶瓷、碳材 或金屬等）表面進行光觸媒材料鍍膜’經室溫空氣中乾 燥，低溫(150〜250。〇焕烤而成；若要提高廢氣處理效率， =加具氧賴舰力之f金屬贱過渡金屬鹽於光觸媒 /各膠中即可。此層細媒鍍膜在日光燈照射下產生自由電 子洞對，此時觸媒表面之氧氣及水會接受電子洞對，產生 具氧化能力之絲自祕，當此縣倾力之氫氧自由基 ^空氣中錢或域縫，啦生化學氧化還職分解反 應，在持續不_提供此具氧倾力氫氧自、 ^中有害廢氣分解至無害之氣體，主要為二氧化碳及水 ^ e~ + h+ (i)x3 H+(2)x2 其光觸媒反應機構說明如下： Ti〇2 Anatase+ hv h+ + H2O — ·〇Η e" + °2 — ·〇 厂(3)x3 •O2 + H+ —> HO2· (4)χ2 2H〇2 · —> O2 + H2O2 (5)x H2O2 + ·〇2~ h++ or — ^ e〇H + °H'+ 02 (6)xl •°H (7)xi 16 1307289 •OH +A — Α-ΟΗ (8)χ4 hv 4A + 2 H2O + 〇2 _^ 4ΑΌΗ (9) T1O2 Anatase
平衡上述反應式（1)x3+(2)x2+(3)x3+(4)x2+(5)+ (6)+(7)+(8)χ4=(9)，從(9)平衡反應方程式中光觸媒分解 空氣中廢氣(A)先以·〇Η與之反應為例：4 mole之廢氣需 用2 mole水及1 mole氧氣，因此光觸媒之反應需要水氣 及氧氣兩成份，缺一不可，此種現象可從光觸媒分解水中 有機物時’缺溶氧之水溶液反應效果差，同樣在空氣中缺 水氣反應效果亦差，除非光觸媒分解空氣中廢氣後產物有 Μ水，或廢氣A可與h+反應生成·Α自由基及H+等產 物，反應機構才能連續進行，·Α自由基再繼續與·〇2-、Η〇2· 或Η2〇2進行氧化反應分解。 以下將纣論二氣化鈇銳鈦礦(T i 〇2 Anatase)溶膠製備 之各項要點。
因一氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)微粒在酸性PH<2. 5 及鹼性ΡΗ>7·0穩定性良好，故有酸性二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase)溶膠及鹼性二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Ana1：ase) 被開發成功。因二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)微粒溶 膠’粒徑要小於lOOnm在製備時需配合螫合劑，使二氧化 鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)微粒溶膠，粒徑可控制於i〇〇nm 以下。常採用無機酸及無機鹼調整pjj，進行水解後膠體解 膠’為控制溶膠微粒形成m亦常制有機酸及有機 鹼調整PH。有機酸為RC〇〇h，有機鹼有R4N〇h四級銨、服3 17 1307289 三級銨兩類’亦常採用強螫合劑如：CH3COCH2COR有機酸丙 酮、RCH(NH2)C00H 胺基酸、H00CCH(R)C00H 琥珀酸及 IMKOCIW(«醇。其用量為Ti(0R)4摩爾比〇. 1Μ. 〇。 使用時機在Ti(OR)4未水解時與之反應，大都產生反應生 成 Ti(0R)4-SCA，SCA 為強螯合劑（Si：rong Chelate Agent) 之簡稱，再加入水中或含醇之水溶液中水解得HxTi〇[(3 χ)/2+χ] -SCA ,因螯合劑添加量小於Ti(〇R)4摩爾量，水解後所得 HJiOtw-yw+y]與 ΗχΉ0[(3-χν2+χ]—SCA 混合成膠體。若直接將 Ti(OR)4加入水中得膠體，再添加螯合劑，形 成 HyTiO[(4-yV2+y] -SCA 膠體亦可。 上述不論是 HyTiO_/2+y]與 nxTi〇[(3-x)/2+x]-SCA 混合膠體 或HyTiO__-SCA膠體，簡稱為Ti〇2_SCA膠體。為配合 TiOzAnatase微粒溶膠製備，先以酸或鹼調整pH ,採用之 酸有HN〇3、HQ、HF等水溶液，調整膠體漿液PH<2. 5。採 用之鹼有NE或NmOH等水溶液，使其pH>7. 0。部份Ti〇2 膠體调整PU後觸轉膠，但大部份需經加溫後快速解 膠，解膠後Τι〇2#體會產生結晶態微粒。為得κ匕鈦銳 鈦礦(TiOdnatase)微粒結晶需在解膠後，繼續昇高溫度 達100 C以上’熱冷付二氧化鈦銳鈦礦(了丨〇2如扣狀6)微粒 :谷膝所仔一氧化欽銳欽礦(Ti〇2如a^ase)粒徑大小與螯 合劑種類及用量有關，亦與解勝及熱浴時攪拌分散技術有 關，採用高效率之均質技術可降低二氧化鈦賴礦⑽2 Anatase)微粒溶膠之粒徑。熱浴時溫度及時間都與二氧化 欽，鈦礦(TiG2Anatase)產村關，溫度愈高或時間愈長 一氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)結晶結構愈完整。熱浴溫 18 1307289 度最高可達250°C，但熱浴溫度愈高時間愈長，結晶成長 愈大’其粒徑亦會大於l〇〇nm。各種螯合劑及其用量與PJJ 條件有關’可選擇適當之PH及熱浴溫度，進行1小時至7 天之熱浴，得二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)溶勝。 二氧化鈦銳鈦鑛(Ti〇2 Anatase)溶勝一般為水溶液， 在玻璃纖維布或玻璃纖維套管以浸鍍法鍍膜時，因水在玻 璃表面揮發速率慢，表面張力大，故二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠不易均勻附著於玻璃纖維布或玻璃纖維套 管表面。本發明採用之二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)溶 膠’不論為酸性或鹼性製程所得，因二氧化鈦銳鈦礦m〇2
Anatase)_<2Gnm，其表面獻，故提高二氧化鈦銳欽 礦(Ti〇2 Anatase)溶膠之鍍臈性，在浸鍍時可均勻塗佈於 玻璃纖維布或玻璃纖維套管絲。本糊亦翻醇溶劑， 添加於一氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶璆；或含醇之水 、谷液‘彳于—氣化鈦銳鈦鑛(Ti〇2hatase)溶膠，醇含量與 f重量比小於50 wt%，用収進二氧化鈦舰礦(Tii natase)溶膠鏡膜性及附著性。 同時本專利開發贴〇4溶勝製備技術，腿仏溶膠製 ==鈦_職)4為顧，可狀轉鹽有甲醇欽、 '正丙醇鈦、異丙醇鈦、丁醇鈦、2-丁醇鈦等，缓 _:用水量與欽醇鹽摩爾比為倍，授 濾水、、/，t别所述f 膠體漿液。上述漿液經過 心 再過’慮传HyTi〇[(4-yV2+y]膠體，再將m 體加入水中舰八# 冉將阶10[(4侧膠 _倍1= 4與鈦賴摩_為100〜 此HyTKW糾膠體漿液以冰水 於 19 1307289 緩緩加入Hz〇2(33 wt%)水溶液，h2〇2用量與鈦醇鹽摩爾比 為4. 〇 ’使HyTiO[(4—你柯]水溶液溫度不超過6°c，待 HyTl0[(4—y)/2+y]於水中完全溶解為HJi〇4溶膠，呈土黃色透明 水膠。為實用需要可將H4Ti〇4濃度調整為1. 〇wt%，以PP 塑膠桶透氣貯存於4°C冰箱内備用，簡稱為腿〇4溶膠。 採用H/Ti〇4溶膠加入二氧化鈇銳鈦礦(Ti〇2 Anatase) 洛膠時’ H4Ti〇4添加量與二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase) 重量比為0〜丨⑽，添加時二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase) 溶膠需用冰水冷卻低於4°c，攪拌均勻後亦貯存於4°c冰 相内備用，在一乳化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)膠中摻配中 性H J1 〇4溶膠因黏度提高，在日光燈玻璃管外鍍膜，經1 〇 〇 250 C:t、烤’不會降低一氧化欽銳欽礦(Ti〇2Anatase)鐘 膜孔隙度，但可向一氧化欽銳鈦礦(Ti〇2Anatase)鏟膜 厚度、附著性及堅固度。 經過上述方法製得之二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase) /谷膠，在FT-Raman分析其Raman shift光譜如圖（十）所 示。以Ti〇2 Anatase20rt%溶膠液體直接量測，1060m] 雷射 750mW 照射，得 Raman 也沿 204cm—^39801^515011-1 及638cm有分離性尚，強度大的波學，幾乎與固體二氧 化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)粉末之Raman shift光譜圖（九） 一致。且在DLS雷射粒徑分析其粒徑分佈在i〇nm左右， 如圖（十一）所示。以目前所得各式二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠，品質佳光觸媒功能強之二氧化鈦銳鈦礦 (Ti〇2 Anatase);谷膠，用在相同玻璃纖維布或破璃纖維套 管外鍍膜，鍍膜厚度相同時，可見光光觸媒分解廢氣能力 20 1307289 最強。 在一氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠中若要添加其 他光觸媒成份，包括W〇3、Zn0、Sn〇2、化必等成份可採用 無機或有機鹽，無機鹽有鹵化物及硝酸鹽等，有機鹽有醋 酸鹽及醋酸丙酮鹽等可溶解於醇溶劑為要素。溶解後之醇 溶液可經蒸發除水後，再加醇溶劑溶解，得w〇3、汾〇、、 Fe2〇3之前驅物醇溶液。亦可以溶凝膠技術製得其奈米氧化 微粒或結晶微粒溶膠’將Μ〇χ前驅物醇溶液或奈米氧化微 粒或結晶微粒溶膠，依需求量添加，其重量比腹 1 裝得一氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase)光觸媒穿膜 混成溶膠。 又、 本發明為提高光觸媒鍍膜對廢氣處理能力及效率，如 有機2中含自元素、氮元素、航素及硫元料，需於光 麵溶膠巾添加氧化賴，相之氧化_有貴金屬類及 過渡金屬類，貴金屬通常以金屬元素或奈米微粒狀態存 ，如Pd、Pt、Au或Ag等’以貴金屬鹽溶液或奈米貴金 屬微粒溶與補。過渡金屬常以氧化物存在如Mo〇3、’ Nb4、Μ、⑽減斤辦，以過渡金屬鹽溶液或過渡金 ^化物奈錢粒溶膠為顧。此類氧化觸在光觸媒中 2 0〜1G. G輸’因該氧化觸媒自身具氧化空氣廢氣之 此力，亦可捕捉光觸媒受光照射產生之自由電子、電子 ，，延長電子及電子洞存留時間，增加對&及助作 5 ς ’產生之活性基·〇Η、H+、〇-2、Η〇2·、〇H_等物質，待 J時’釋放供氧化還原反應所需’提高光觸媒之能 21 1307289 以下將討論玻璃纖維光__技術之各 其要點。 、 本發明光麟s氣清淨螢光燈觸之二氧化欽
Ana㈣混成溶膠光觸媒鑛膜纖維，採用溶凝勝 舰行各式無编金輕轉膜。在錢膠鑛膜技 二可對纖維或纖維束直接錢膜，亦可待纖維編織後再鐘 膜。因纖維及纖維束經轉鍍職結後，可直接沾膠绞人 =織布使用，若該編織為布時可能受到編織機零件磨 知剝落。錄職維賴布麵轉賴 媒錢膜纖料聽管。 巧衣付尤觸 本發明細媒清淨㈣燈，為健螢絲照明功 放，不希望螢光燈可見先被不透明物吸收，故採用石英或 $為纖騎料’配合-般_纖維職布及套管為光觸 如此f光燈照射在光觸媒鍍膜玻璃纖纖編織 2套料，大部份可見光穿透，部份近紫外線及藍光可 被光觸媒賴吸收’進行_媒廢氣氧化還原分解。 採^石英破璃或一般破顧維經上述二氧化欽銳鈦 礦(Tl〇2Anatase)混成溶膠光觸媒鍍膜及含奈米氧化觸媒 ί結構說明：若單支破璃纖維❻進行光觸媒鍍膜<2>後如 第一圖（Α)所示，錢膜結構為二氧化鈦銳鈦礦⑽ Α她^織礦微結晶<7>，四週佈滿奈求微小孔隙路徑 <6> ’如第-圖⑻所示，在鑛膜表面及内部小孔隙路徑中 吸附很多奈米微細氧化觸媒<3>，如第一圖⑹所示。 若採用多支玻璃纖維束<5>進行二氧化鈦銳鈦細& Anatase)混成溶膠光觸媒鑛膜<2>後如第二圖似所示，在 22 1307289 光觸媒鍍膜結構同樣具有二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase) 銳欽礦微結晶〈7>及奈米微小孔隙路徑，在鐘膜表面及 内部小孔隙路徑中吸附很多奈米微細氧化觸媒<3;^若採 用玻璃纖維編織布及套管<4>進行光觸媒鍍膜〇後如第 二圖（A)所示，得到光觸媒鍍膜玻璃纖維編織布及套管 <41>如第二圖（B)所示，其上光觸媒鍍膜結構同樣具二氧 化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)銳鈦礦微結晶<7>及奈米微小 · 孔隙路徑<6>，在鍍膜表面及内部小孔隙路徑中吸附奈米 微細氧化觸媒<3>。 以下將討論空紐淨營光燈製作技術之各項倾及 _ 其要點。 ' 本發明空氣清淨螢光燈是將上述光觸媒鑛膜玻璃纖 維編織布包覆於勞光燈管外’包覆方式可採用卷繞式、套 盒式或套管式，如第三圖所示，使用直管螢光燈管， 將光觸媒鍍膜玻璃纖維布<41>卷繞於管外，平卷一圈或兩 圈後’在兩端及裁邊上谬可採用耐紫外線之石夕膠或 玻璃膠膠合固定於玻璃管外如第三圖⑴所示或將二氧化 鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)鍍膜玻璃纖維套管<44>穿套於直 馨» 式螢光燈管外，以触縮膠職定於燈管兩_座上，'如 第五圖<A>、<B>所示。 使用圓官榮光燈官<12>，將光觸媒鐘膜玻纖維布製成 ^ 套盒<42>套於式螢紐管外，如第三目⑻所示，_ · 將鐘膜玻_套管<4辦套歧料，以触轉環 固定於燈管©定座兩端，如第五圖⑹所示。使用u型榮 光燈管<13〉，將光麵顏玻錢維飾成錢❿則 23 !307289 型螢光燈管外，如第三圖<c>所示。或將光觸媒鍍膜玻璃 纖維套管<44>穿套於ϋ型螢光燈管外，以熱收縮膠環固定 於燈管固定座，如第五圖<D>所示。 本發明光觸媒空氣清淨螢光燈，為保持原螢光燈照明 之功能’可將螢光燈管直接包覆光觸媒鍍膜玻璃纖維布及 套管，直管螢光燈全管包覆光觸媒鍍膜玻璃纖維布 <411〉，如第四圖（B)所示。此光觸媒空氣清淨螢光燈剖面 如第四圖（A)所示。螢光燈結構是以鈉鈣玻璃管〈】12>兩端 以真空密封’兩端加熱燈絲<113〉内充微量水銀，外接加 熱燈腳<114〉，再以鋁套頭<115〉膠封燈管而成。光觸媒鍍 膜玻璃纖維布<41>四邊上透明雙面藤膜<116〉卷繞於螢光 燈管外固定，再以快乾紫外線膠<117>如第六圖（A)封邊即 可。直管日光燈亦可套光觸媒鍍膜玻璃纖維套管<44>，如 第五圖（K>所示，此光觸媒空氣清淨螢光燈剖面如第五圖 (A)所示，光觸媒鍍膜玻璃纖維套管<44>套於螢光燈管 外，以熱收縮膠環<118〉固定，全管套封如<412〉所示。 本發明光觸媒空氣清淨螢光燈，是採用光觸媒鍍膜玻 璃纖維編織布及套管，包覆或穿套於螢光燈管，當螢光燈 於空氣中點亮後即產生清淨空氣之功能，不論光觸媒鍍膜 璃纖維編織布在直管榮光燈〈H>，圓管螢光燈〈i2>，u型 螢光燈管或卷管型螢光燈<13>外包覆，其作用是需要有下 列三個條件存在（一）螢光燈管點亮發42〇〜7〇〇nm可見光及 少量近紫外線365nm及405nm’穿過玻璃燈管照在光觸媒 錢膜上。（二）空氣中含有水氣及可被光觸媒分解之廢氣， 經鍍膜玻璃纖維編織布及套管上之大孔隙擴散至光照射 24 1307289 之光觸媒，上。（三)經糊媒_分駐氣巾廢氣，產 生,、、、σ之氣體與空氣輕鑛膜玻璃纖維編織布及套管上之 大孔隙擴散出去。 有關本發明光難域清料絲，在好螢光燈管 夕賊光觸媒鑛膜玻璃纖維編織布或套管後，廢氣處理時 空氣<21>中含有機或無機有害廢氣〈心通常空氣中都含 有水氣關<23>及二氧化碳<24>，如第六圖（Α)所示，由鑛 膜玻璃纖料縣f <41>外，經大孔麵紐人鍍膜玻璃 纖維布及絲與燈管_隙，當日級之光職射在光觸 媒鐘膜<2>產生f子簡與空氣+氧及水<23>結合，產 生·0Η自由基’再與空氣中有害氣體❿進行氧化還原分 解反應，其反應如式⑴〜式⑻所示，其反應平衡方程式 (9)所不，其反應生成物包含水<23>，二氧化碳<24>及其 他氣體<25>，配合空氣中扣除部份氧<21，>，未反應廢氣 <22，>，剩於水氣<23，>及二氧化碳總量々^，〉’一起經由鍍 膜玻璃纖維布<41>及套管<44>經大孔減義鍍膜玻璃 纖維布及套#，在本發明絲財⑽料絲上氣體， 擴散說明如第六圖（Β)所示’其玻璃纖維束<5>上光觸媒鍍 膜<2> ’在光源照射時反應物及生成物變化，如第六圖（c) 所示。 以下將討論光觸媒空氣清淨螢光燈應用實例之各項 資料及其要點。 本發明光觸媒空氣清淨螢光燈之特點，採用開放式使 用，用時依週邊設施之配合，分為自然對流與強迫對流兩 式。依安裝方式，又分為水平安裝與垂直安裝兩種。採用 25 !3〇7289 開放安裳即空氣清淨螢光燈，不需密閉在容器中，靠導管 =氣經泵浦導人或吸出廢氣處理反應器，祇需依照燈具 即可。_光燈麵亮時㈣加胁絲有熱能傳至燈 :’且鸯級h電能祕可見光過程，部份能量消耗為熱 此也傳到燈管上，故錢光燈點紐燈管上有—定的熱能 傳出’因此光麟空氣清淨f紐可靠此熱能触氣產生 自然對流與擴散之能量。 以光觸媒空氣清淨螢光燈水平懸掛時，空氣 使光觸媒线清淨螢光燈麵之空氣 <線上咖部份 擴散進入光觸媒鍍膜破璃纖維編織布<41>及套管<44>與 直官日光燈<11>之_ ’經光觸媒及級侧氧化還原分 解後再擴政離開鍍膜玻璃纖維布，未參與反應氣體 部份延著_向上擴散或向外擴散，最後空氣<21=伴隨 ，氣<23，>、二氧化碳<24’>、剩於廢氣<22，〉及反應產生成 氣體<25>向上擴散及自然對流軸光觸媒空氣清淨日光 燈二而整體空間氣體也靠氣體擴散及自然對流來不斷處理 空氣中廢氣，其說明如第七圖<A>所示。 當光觸媒空氣清淨螢光燈垂直懸掛時，其狀況如第七 圖<〇所示，空氣自然對流與擴散，基本與水平放置相似， 但因垂直懸掛，產生自然對流現象較強，對氣體擴散效果 亦較好，廢氣處理能力較佳，若配合燈具導管<8>，效果 更好’其狀況如第七圖<B>所示’此外導管採用透光材料， 其内裎需大於螢光燈管，適當内徑為曰光燈管外徑2倍以 上，而此套管長度與螢光燈管長度相等既可。 若為配合強迫空氣對流可以導管方式内部安裝，本發 26 1307289 明光觸媒空氣清淨s光燈如放置位置 或導管t,例如空調系統之進㈣=== 燈座上，安胁風賴賊職料對缺魏出位孔 空氣強迫對流加強廢氣4理之功效，其說明如 第八圖樣(A)、（Β)所示。 發明製作實例將由以下說明之。
發明光觸_紐料光燈製作技術，於玻璃纖維 ，及玻璃纖維套管表面進行二氧化鈦銳鈦礦⑽ natase)混成轉細媒鍍膜後’包覆或套於各式榮光燈 十’製得細媒U清淨螢光燈，點鱗具有良好照明二 效’並可有效清淨環境空氣’如廢氣分解、除臭消煙、殺 菌抑菌及自清防污之效能。
二氧化鈦銳絲(⑽—彳槪成雜膠，其成份包 含ΤΑ、W〇3、ZnO、Sn〇2或Fez〇3之奈米微粒或奈米結晶微 粒，但其中至少有-成份為二氧化鈦銳鈦確(Ti〇2Anatase) 奈米結晶錄為域份。以Ti⑽)4_為騎，於含醇 之水洛液中製備奈米結晶微粒二氧化鈦銳鈦礦⑽ Anatase)溶膠。酸性法製備之各式二氧化欽銳敛礦 (TiOdmtase)溶膠，為提高光觸媒鍍膜厚度、附著性及 堅固度’添加ΜιΟ4溶膠’添加量為肪〇4/抓編撕 =〇wt%。亦可_祕紗叙各式二氧化欽銳欽 礦(TiOzAnatase)溶膠，為提高光觸媒鍍膜厚度、附著性 及堅固度，添加腿〇4溶谬，添加量為Η*·":氧化鈦 銳鈦鑛(Ti〇2Anatase) = 〇 〜；1〇 柯％。 才木用一氧化鈦銳鈦礦（Ti & Anatase)混成溶膠於玻璃 27 1307289 纖維布及玻璃纖維套管表面，進行光觸媒溶膠鍍膜，其材 質需為可見光及近紫外線可穿透之玻璃或石英，以單支玻 璃纖維或玻璃纖維束，經編織法或熔接法製得具多孔性、 透光性及卷繞性之玻璃纖維布及玻璃纖維套管。二氧化鈦 銳鈦礦(Ti 〇2 Anatase)混成溶耀·於玻璃纖維布及玻璃纖維 套管表面進行光觸媒鍍膜，可使該觸媒與該玻璃維布產生 化學鍵結合，因此光觸媒鍵膜不易自玻璃纖維布及玻璃纖 維套管剝落。 為提高光觸媒功效摻配氧化觸媒成份，包含奈米貴金 屬或奈来過渡金屬氧化物，可於二氧化鈦銳鈦礦(^〇2 Anatase) >谷膠製備時直接加入’或以光觸媒錢膜玻璃纖維 布及玻璃纖維套管，含浸或噴灑貴金屬或奈米過渡金屬氧 化物溶液，以烘乾法將奈米貴金屬或過渡金屬氧化物吸附 或滲透於光觸媒中，即可加強該光觸媒鍍膜璃纖維布及玻 璃纖維套管於光觸媒空氣清淨螢光燈之效率。摻配奈米貴 金屬氧化觸媒成份，包含Pd、pt、Au或Ag等貴金屬鹽^ 液’或Pd、Pt、Au或Ag等奈米貴金屬微粒溶膠，但其含 里與一氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2Anatase)重量比，少於〇 1 wt%。掺配過渡金屬氧化物成份，包含M〇、恥、v、以或 Cr專過渡金屬鹽溶液，或、船、V、Ce、Cr等過渡金& 氧化物之奈米微粒或奈米結晶微粒溶膠，但其含量較二氧 化鈦銳欽礦(Ti〇2 Anatase)少。 所得之光觸媒鍍膜玻璃纖維布及玻璃纖維套管包覆 於螢光燈管外，依螢光燈管形狀，可設計及剪裁所需光^ 媒錢膜玻魏料及破魏維套f之尺寸，採心密卷繞 28 1307289 固定式包覆，或練絲管後再穿套。·耐紫外線膠、 熱收縮膠官、缝接或雷射燒結技術，將光觸媒鍍膜玻璃纖 維布或玻璃、纖維套管固定於各式I光燈外，製得光觸媒空 氣清淨螢光燈。所用螢光燈可發420〜7〇〇nm波長可見光及 少1 365nm、405nm近紫外線，供照明及光觸媒清淨空氣 所需之光源。 製得之光觸媒空氣清淨螢光燈，採用開放式使用，該 光觸媒空氣清淨螢光燈點亮時具有良好之照明功效，同時 以產生之熱旎，加熱空氣造成空氣自然對流，並經該光觸 媒錢膜玻璃纖維編織布及玻璃纖維套管之孔隙，擴散進入 該螢光燈管與光觸媒鍍膜玻璃纖維布及玻璃纖維套管之 間隙’進行光觸縣化還原分解，再自然對流經該光觸媒 鍍膜玻璃纖維或玻璃纖維套管孔隙’擴散離開該光觸媒空 氣清淨螢光燈。光觸媒空氣清淨螢光燈可選擇橫式裝設或 直式裝設，而直式裝設時加裝外套，外套内徑為螢光燈管 2倍以上’長度相等之導管上下輕，可增加絲媒空氣 清淨螢光燈產生之自然對流效果，增加光觸媒空氣清淨螢 光燈效率。 實例1 : 本實例採用酸性4wt%二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase) 洛膠，進行玻璃纖維套管光觸媒鍍膜，剪裁所需光觸媒鍍 膜玻璃纖維套管之尺寸，穿套於直管螢光燈外，採用熱收 縮膠管將光觸媒鍍膜玻璃纖維套管固定於螢光燈外，製得 光觸媒空氣清淨螢光燈。所用之螢光燈有洲及 32W-DBL等。製作之光觸媒空氣清淨螢光燈，進行有機氣 29 1307289 體乙酸丁醋分解速率量測。在5公升反應系統中注入 5^1 =酸丁醋’採用FTIR量測反應系統空氣中乙酸丁 醋氣體濃度· ’進行光麟线清料光燈時對乙 酸丁酿分解鱗細。38W—腿f光燈包覆雜侃％⑽
Anatase溶膠光觸媒鍍膜玻璃纖維套管，對乙酸丁酯分解 速率常數為(U2G minLDBL螢光燈包該細媒鑛膜 玻璃纖維套f，對乙酸丁§旨分解速率常數為G. 2567 min—1。 實例2 : 本實例採用鹼性2〇wt%二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2如他⑹ 溶膠，進行麵齡綺細媒錢膜，剪賴絲觸媒鑛 膜玻，纖維套管之尺寸，穿套於直管營光燈外，採用熱收 縮膠管將光觸媒鍍膜玻璃纖維套管固定於螢光燈外，製得 光觸媒空氟清淨螢光燈。所用之螢光燈有38W-DEX及 32W-DBL等。製作之光觸媒空氣清淨螢光燈，進行有機氣 體乙酸丁自旨分解速率制。纟5公升反應祕中注入 5.0μ1乙酸丁酯，採用FTIR量測反應系統空氣中乙酸丁 酯氣體濃度變化，進行光觸媒空氣清淨螢光燈點燈時對乙 酸丁酯分解速率量測。38W_DEX螢光燈包覆該光觸媒鍍膜 玻璃纖維套管’對乙酸丁酯分解速率常數為0.1581 min— ’ 32W-DBL螢光燈包覆該光觸媒鍍膜玻璃纖維套管，對乙 酸丁醋分解速率常數為0. 2765 min—1。 其他各式螢光燈亦可採用本專利敘述及提供之方 法’不論採用二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2 Anatase)溶膠、二氧 化鈦銳鈦礦(TiOdnatase)混成溶膠（其成份包含Ti〇2、 WO3、ZnO、Sn〇2 或 Fe2〇3 等）、二氧化鈦銳鈦礦(Ti〇2Anatase) 30 1307289 溶膠摻配奈米貴金屬或奈米過渡金屬氧化物，於玻璃纖維 布及玻璃纖維套管表面進行光觸媒鍍膜，再包覆或套於各 式螢光燈上，製得類似光觸媒空氣清淨螢光燈。用於照明 或環境空氣清淨。雖未詳述備及，皆為本專利所及。. 【圖式簡單說明】 第一圖A、第一圖B、第一圖C:光觸媒鍍膜玻璃纖維表面 觸媒鍍膜結構示意圖。
第二圖A、第二圖B、第二圖C :玻璃纖維編織布表面光觸 媒鑛膜結構示意圖。 第三圖A、第三圖B、第三圖C :各式螢光燈管形狀及光觸 媒鍍膜玻璃纖維編織布包覆方式示意圖。 第四圖A、第四圖B :直管螢光燈表面光觸媒鍍膜玻璃 纖維編織布包覆方式示意圖。 第五圖A、第五圖B、第五圖C、第五圖D:各式螢光燈 表面光觸媒鍍膜玻璃纖維編織套管套封方式 示意圖。
第六圖A、第六圖B、第六圖C:光觸媒空氣清淨螢光燈 廢氣分解機構示意圖。 第七圖A、第七圖B、第七圖C:光觸媒空氣清淨螢光燈 開放式安裝，自然對流狀態下空氣流動及擴 散示意圖。 第八圖A、第八圖B:光觸媒空氣清淨螢光燈開放式安 裝，強迫對流狀態下空氣流動及擴散示意圖。 第九圖：二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2Anat;ase)粉末Raman光譜圖。 第十圖：二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2Anatase)溶膠Raman光譜圖。 第Η—圖：二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)溶膠DLS粒徑分佈 31 1307289 圖。 【元件符號說明】 玻璃纖維 1光觸媒鍍膜 2 氧化觸媒微粒 3玻璃纖維編織布 4 玻璃纖維紗束 5光觸媒鍍膜小孔隙 6 光觸媒Ti〇2Anatase鐘膜7燈具外導管 8 直管式螢光燈 11圓管式螢光燈 12 U型管螢光燈 13空氣 21 廢氣 22水 23 二氧化碳 24其他氣體 25 光觸媒鍍膜玻璃纖維編織布 41 光觸媒鍍膜玻璃纖維布套盒 42 光觸媒鍍膜玻璃纖維布套筒 43 光觸媒鍍膜玻璃纖維套管 44 鈉鈣玻璃管 112螢光燈加熱絲 113 螢光燈加熱燈腳 114螢光燈鋁套 115 透明雙面膠膜 116快乾紫外線膠 117 熱收縮膠套 118 螢光燈管全管包覆光觸媒鍍膜玻璃纖維編織布 411 螢光燈管全管套封光觸媒鍍膜玻璃纖維編織套管412
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Claims (1)

1307289 ^ τζ2
申請專利範圍
1. 一種照明用光觸媒空氣清淨螢光燈製作方 法，係於玻璃纖維布及玻璃纖維套管表面進行二氧化鈦 銳鈦礦（TiChAnatase)混成溶膠光觸媒鍍膜後，包覆或 套於各式螢光燈上，以製得光觸媒空氣清淨螢光燈；藉 由該方法所製成之光觸媒空氣清淨螢光燈，於點燈時具 有良好照明功效，並可有效清淨環境空氣，具有廢氣分 解、除臭消煙、殺菌抑菌及自清防污之效能；該光觸媒 空氣清淨螢光燈製作之程序，係包括下列步驟： (1) 採用二氧化鈦銳鈦礦（Ti 〇2 Anatase)混成溶 膠於玻璃纖維布及玻璃纖維套管表面進行光觸媒溶膠 浸鍍後，其中該二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)混成 溶膠中包括二氧化鈦銳鈦礦奈米結晶微粒及至少一種 金屬氧化物奈米微粒； (2) 經烘烤製得光觸媒鍍膜之玻璃纖維布及玻璃 纖維套管； (3) 將該光觸媒鍍膜之玻璃纖維布及玻璃纖維套 管再含浸貴金屬溶液或過渡金屬溶液； (4) 經烘烤製得摻貴金屬或過渡金屬氧化物之光 觸媒鍍膜玻璃纖維布及玻璃纖維套管； (5) 將（4)光觸媒鍍膜玻璃纖維布及玻璃纖維套 管裁剪所需尺寸，包覆或穿套於各式螢光燈外；及 (6)採用耐紫外線膠、熱收縮膠管、缝接或雷射 燒結技術，將光觸媒鍍膜玻璃纖維布或玻璃纖維套管固 定於各式螢光燈外，製得光觸媒空氣清淨螢光燈。 2.如申請專利範圍第1項之照明用光觸媒空氣 1307289 清淨螢光燈製作方法’其中所指二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)混成溶膠，其成份包含Ti〇2、W〇3、ZnO、Sn〇2 或Fe2〇3之奈米微粒或奈米結晶微粒’但其中至少有一 成份為二氧化欽銳鈦礦（Ti〇2 Anatase)奈米結晶微粒為 主成份，且由Ti(OR)4醇鹽為原料，於含醇之水溶液中 製備奈米結晶微粒二氧化鈦銳鈦礦（Ti〇2 Anafase)溶 膠。 3·如申請專利範圍第2項之照明用光觸媒空 氣清淨螢光燈製作方法，其中所指奈米結晶微粒二= 化鈦銳鈦礦（Ti〇2Anatase)溶膠，採用酸性法製備之各 式二氧化鈦銳鈦礦（TiOzAnatase)溶膠，且為提高光觸 ，鑛膜厚度、附著性及堅固度，添加队以⑴溶膠，添加 量為 H4Ti〇4/ Ti〇2 Anatase = 0 〜1〇 wt%。 4.如申請專利範圍第2項之照明用光觸媒空 氣清淨螢光燈製作方法，其中所指奈米結晶微粒二^ 化鈦銳鈦礦（TiOzAnatase)溶膠，採用鹼性法製備之各 式一氧化鈦銳鈦礦（TiOdnatase)溶膠，且為提高光觸 厚度、附著性及堅固度，添加H⑽4溶勝，添加 里為 H4T1O4/ Ti〇2 Anatase = 〇 〜1〇 wt%。 斤5.如申請專利範圍第1項之照明用光觸媒命 光法’其中所指玻璃纖維布及玻： ' ^八材貝需為可見光及近紫外線可穿透之玻 :或石英，且係以單支玻璃纖維或玻璃纖維 織法魏接法製得具乡錄、透紐 玻2 纖維布及玻璃纖維套f。 U生之玻璃 6·如令請專利範圍帛1項之照明用光觸媒空氣 1307289 清乎螢光燈製作方法，其中採用二氧化欽銳欽礦（Ti〇2 Anatase)混成轉’於麵纖料及玻璃纖維套管表 面面進行光觸媒鍍膜，可使該觸媒與該玻璃維布產生 1匕m，藉由該化學鍵，使得光觸媒鍍膜不易自 玻璃纖維布及玻璃纖維套管剝落。 主」·>申明專利範圍第1項之照明用光觸媒空氣 製作方法，其中為提高光觸媒功效換配二 包含奈米貴金屬或奈米過渡金屬氧化 才 σ ，或以洛液含浸於光觸媒鍍膜玻璃纖唯布 ==後;再以步驟⑷進一步包括 達成加強該光觸媒鍍膜璃纖維 布及玻璃義維套管於光觸媒空氣清淨勞光燈之效率。 清4二^範圍第1項之照明用光觸媒空氣 厂:μ，，作枝，其巾所指輯 == 容高光觸媒功效擦配氧化觸媒成 Pd Pt η、 ^或仏等貴金屬鹽溶液，或 Pd、Pt、Au或Ag等奈米貴金屬微粒溶膠，且旦愈 二氧Γ如T=Anatase)重量… 清淨螢光燈製作方法，其中所指二氧乳 =)混成溶膠’為提高光觸媒功效摻配“ 粒或奈米結晶微粒溶膠’且其含量較:=== 1307289 (Ti〇2 Anatase)少。 10.如申請專利範圍第丨項之照明用光觸媒空 氣清淨榮光燈製作方法，其中所得之該光觸媒鑛膜玻 璃纖維布及该玻璃纖維套管係包覆於螢光燈管外，且 依螢光燈管形狀，可設計及剪裁所需光觸媒錢膜玻璃 纖維布及玻璃纖維套管之尺寸，或進一步採用緊 繞固定式包覆，或先製成套管後再穿套。 請專利範圍第1項之照明用光«空 :二ί燈製作方法，其中該螢光燈可發 42〇〜7_m波長可見光及少量365mn、4()5n 線’供照明及光觸媒清淨空氣所需之光源。% 丨2·如申請專利範圍第1項之照明用光觸 =淨=作方法’該製得之光觸媒 ^ 套管㈣，勺璃纖維布及玻璃纖維 皂吕錢Μ包覆或穿套於螢光燈管外，可 出之紫外線激發產生光觸媒作用，亦可 =突 可見光激發產生光觸媒作用，達 =χ之 明功效，並可有效清淨環境空氣成，，，，占叫具有良好照 13.—種照明用光觸禅 法，俜使用如由咬宙， 於榮光燈使用方 光觸：dC1項方法製得之照明用 J邾工巩β淨螢光燈，其方法步驟如下： 氣清式使用，利用該光觸媒空 生之熱能，加熱空氣造成空氣自然對网時以羞 ⑵經該光觸媒錢膜破璃纖維鳊織布及破璃纖維 1307289 套管之孔隙，擴散進入該螢光燈管與光觸媒鍍膜玻璃 纖維布及玻璃纖維套管之間隙，進行光觸媒氧化還 分解；及 ' 、（3)再自然對流經該光觸媒鍍膜玻璃纖維或玻璃 纖維套管孔隙，擴散離開該光觸媒空氣清淨螢光燈。 卜Η·如申請專利範圍第13項之照明用光觸二介 氣清淨螢光燈使用方法，其中該光觸媒空氣 螢= ==式細直式裝設，而直式褒設時加装= 或先之外套，外套内徑為螢光燈f 2倍 :導管上下透空;藉由以上之設置，可增加光= 產生之自然對流效果’增加光觸媒空氣： 、丨5. 一種照明用光觸媒空氣清淨螢光产你围士 ^ ’係使用如申請專難圍第丨項方 : 光觸媒空氣清淨螢光燈，其方法步驟如下件之…明用 (υ採用強迫對流開放式使用，利用哕 = 裝於風扇或具鼓風機“ i =.;明:;光二空=:燈點亮時，具= ^, 配。風扇或鼓風機啟動，蔣处々私 對^經過光觸媒空氣清淨螢光燈； 、二现強迫 (2) 空氣吹向該光觸媒鍍膜破璃纖维維姚女n _維套管之孔隙，進入該螢光燈其：：、扁、，哉布及破 璃纖維布及玻璃纖維套管之間隙，觸媒鍍臈破 原分解；及 仃光觸媒氧化還 (3) 再經該光觸媒鍍膜破璃 孔隙，擴散離開該光觸媒空氣清淨榮光=璃纖維套管 1307289 16.如申請專利範圍第15項之照明用光觸媒空氣清淨螢 光燈使用方法，其中該光觸媒空氣清淨螢光燈可安裝於 具風扇或鼓風機強迫對流之透明或透光風管中，其 内徑為螢光燈管2倍以上；藉由以上之設置強制空氣流經 該光觸媒空氣清淨螢光燈，用於照明同時清淨空氣。
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