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光触媒【アパタイト被覆二酸化チタン】とは。。今流行りの感染症予防対策に効果抜群!!

今も全世界で、コロナや変異種ウイルスが猛威を振るっている中、次世代の予防対策として今【光触媒ウイルスコーティング】が注目されています。
一度ウイルスコーティングで施工された空間は、物質自体が削れたり、交換しなければ基本的には半永久的に持続すると言われております。
実際、病院・福祉介護・学校・役所などの公的機関や医療などの場所で、活躍している今まさに流行ブームなサービスの一つと言えるでしょう。

光触媒とは太陽光や蛍光灯などの光を吸収してエネルギーの高い状態となります。また、そのエネルギー自体を反応物質に与えて化学反応を起こさせる物質で、光触媒は光を吸収すると価電子帯に正孔ができ、電子と反応を起こし大気中や水中などの希薄物質を分解・除去するのに最適と言えます。

特に二酸化チタンは、安全で無害なため、光触媒としての研究が進められています。正孔は水や溶存酸素と反応しOHラジカルなどを生成し、これが空気中の分解されにくい様々な有害物質菌・ニオイ・カビ・油汚れなどを分解する

OHラジカルは、除菌消毒や殺菌などに使われている塩素系やオゾンなどよりはるかに強い酸化力を持っています。また、太陽光や蛍光灯などのあらゆる光に二酸化チタンは反応します。

今回は、そんな光触媒と【アパタイト被覆二酸化チタン】について様々な資料をもとに皆様にわかりやすい情報をお伝えしたいと思います。

目次
1・アパタイト被覆二酸化チタンとは
1-1・アパタイト被覆二酸化チタンの機能
1-2・アパタイト被覆二酸化チタンのメリット
1-3・アパタイト被覆二酸化チタン光触媒で環境浄化
2・光触媒の機能再現の原理
2-1・セルフクリーニング
2-2・消臭&空気浄化
2-3・抗菌抗ウイルスのメカニズム
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・アパタイト被覆二酸化チタンとは

アパタイトとは歯のエナメル質の95%、骨の65%を構成する物質です。
光触媒は接触するほぼ全ての有機物を分解するため、繊維やプラスチック、紙等を基材に使用すると基材自体が分解されてしまいます。アパタイトを被膜することで有機系基材の分解が抑えられ、繊維やプラスチック、紙などにも適用可能になります。また、アパタイトは細菌や悪臭、NOxなどを吸着するため、抗菌や脱臭、大気や水質の浄化などに対しても優れた効果が得られる。カビなどを薬品等を使用せずに分解・処理することができます。アパタイトを被覆した二酸化チタン
二酸化チタン光触媒の表面をアパタイトで覆うことにより、アパタイトが細菌や有機物質を吸着して二酸化チタンが分解する多機能性セラミックス複合材料です。

アパタイトは生体内で生成されることから、アパタイト ができやすいようにPHや組成を調整した擬似体液を開発した。液温を体温に近い37゜Cに設定し二酸化チタン粉末や薄膜を浸漬することで表面にアパタイトを析出させています。

アセトアルデヒドや大腸菌などを用いた実験により、この複合材料の吸着・分解の効果が確認できた。二酸化チタン の光触媒機能に加え、アパタイトのタンパク質やアンモニア臭、NOxなどの吸着機能を付与することで、光の有無に関わらず細菌やウィルスを吸着する事が可能になった。

吸着した物質は、光が当たると二酸化チタンの作用により分解されるため、アパタイトの吸着能力はその都度回復する。

さらに、アパタイトがスペーサーとなり二酸化チタンが直接媒体と接触しないことにより、従来不可能であった有機系の媒体(繊維、樹脂、プラスチックス、木材、紙等)に練り込んだり被覆することもでき、二酸化チタンの応用範囲を飛躍的に拡大する可能性がある。

病院のタイルや空気清浄機のフィルター、たばこの臭いの消臭に衣類の繊維に混ぜたり水耕剤倍、風呂、花瓶などの水の浄化、室内のカビ防止などに利用できるだろう。

1-1アパタイト被覆二酸化チタンの機能
私たちの生活している環境は、シックハウス症候群の原因でもあるホルムアルデヒド等の有害有機物質、臭いやカビ、ウイルス、細菌などに汚染されています。
アパタイト被覆二酸化チタン光触媒は、これらの有害有機物質、臭いやカビ、ウイルス、細菌などの物質を吸着して分解・処理しますので、空気清浄・環境改善材料として最適です。

・大気汚染 窒素酸化物の除去、防汚
・空気浄化 シックハウス症候群の原因となる有機物の除去
・抗菌・抗カビ、水処理、洗浄・漂白・滅菌


1-2アパタイト被覆二酸化チタンのメリット

アパタイトと二酸化チタンによる光触媒
光触媒は、有機物を完全に炭酸ガスと水にまで分解するのに一定の時間が必要である。しかし通常、空気中や水中の物質が光触媒表面に留まっていることは稀だと思われる。このアパタイト被覆二酸化チタン光触媒は、アパタイトが物質を捉えておいて二酸化チタンで分解することができ、わずかな光でより確実に物質を分解することができます。

アパタイトが吸着した物質は光が当たれば二酸化チタンが分解・除去するためアパタイトの吸着能はその都度再生し半永久的に使用を続けることができる。吸着・分解機能を有する複合材料です。
夜間など必ずしも光が当たらない状況や光が微弱な場合でもアパタイトは多量の細菌や物質を吸着しておくことができる。一般家庭の室内の有害物質程度であれば何日かは光がなくても吸着・除去できます。
アパタイトは有機物質と光触媒を隔離する働きがあり、二酸化チタンと基材が直接接触しないため基材を分解することがなく、コーティング面を傷めません。

・光が当たらなくてもアパタイトが物質を吸着
・二酸化チタン光触媒が分解
・アパタイトで物質を捉えるので確実に分解


1-3アパタイト被覆二酸化チタン光触媒で環境浄化
酸化チタンは繊維や樹脂に直接触れると、光触媒作用によりそれらを分解しますが、アパタイトが中間層として存在するため、高分子材料に直接混合、あるいはコーティングすることができます。この材料は、水や大気の浄化、防汚、漂白、洗浄に使うことができ、また、繊維、樹脂、プラスチック、木材、紙などの有機系基材へ応用することができます。

2・光触媒の機能再現の原理


酸化チタンをはじめとする光触媒は、光を吸収して励起し、発生した電子と正孔の作用で表面に「酸化分解力」「超親水性」を生み出します。
「酸化分解力」とは、光触媒表面に発生した活性なラジカルの酸化力によって、有機物を攻撃し無害な二酸化炭素と水まで分解する作用を言います。
「超親水性」とは、光触媒表面の化学結合が変化し、水酸基などの極性基の作用によって水分子が強く引きつけられ、水が濡れ広がりやすくなる性質を言います。

これらの2つの原理の組み合わせにより、光触媒製品はその表面で様々な効果を発揮します。



2-1・セルフクリーニング


光触媒表面に付着した汚れは、酸化分解力の作用で徐々に分解され付着力が弱まっていきます。超親水性の作用により表面が水になじみやすくなっているので、水がかかると汚れは浮かび上がって洗い流されます。また、親水性表面は帯電しにくいため、ホコリが付着しにくくなる効果も期待できます。


2-2・消臭&空気浄化


生活臭やシックハウス症候群の原因となる VOC(揮発性有機化合物)は、小さな分子状で空中に漂っています。光触媒表面にこれらの分子が吸着したところに光が当たると、酸化分解力によって分解・除去されます。ニオイを隠したり変化させるのではなく、分解除去してしまう効果は、光触媒にのみ実現可能な、優れた機能です。屋外においては、排気ガスや排煙に含まれている有害な窒素酸化物(NOx) を酸化し空気中から除去することで、環境浄化にも貢献します。


2-3・抗菌抗ウイルスのメカニズム


光触媒の酸化分解力によって、細菌やウイルスは外膜や膜構成タンパクを破壊され、活動を停止します。食中毒や感染症の原因となる菌の活動を抑え、住環境を衛生的に保つことができます。また、トイレなどでは、悪臭を発生させる細菌の活動を抑えることで、ニオイの抑制にもつながります。一般的な抗菌剤と異なり、光触媒は様々な種類の菌・ウイルスに効果を発揮する利点があります。