導紫外線至陶瓷蜂巢 光觸媒分解病菌
【記者徐嘉璟綜合報導】新冠肺炎疫情持續延燒,由於病毒可能在飛機內傳播,機艙空氣品質因此成為防疫的關鍵之一。有鑑於此,國立臺灣大學化學工程學系教授吳紀聖率領學生團隊設計「蜂巢式光纖反應器消除飛機艙內空氣細菌病毒(以下簡稱蜂巢反應器)」,希望將高空紫外線導入艙內的光觸媒,有效分解病菌。作品於11月19日獲「第2屆大專校院綠色化學創意競賽」大專組金牌獎。 國立臺灣大學化學工程學系學生鄭宇翔(左)、劉倚辰(中)、盧彥均(右)以「蜂巢式光纖反應器消除飛機艙內空氣細菌病毒」在比賽中獲得金牌。 圖/盧彥均提供一般而言,機艙進行空氣清淨,多使用高效率網(High-Efficiency Particulate Air, HEPA),只能利用過濾方式攔截有害物質。但吳紀聖表示,室內機艙的沙塵較少,主要汙染源為細菌和病毒,故團隊研發的蜂巢反應器與過濾不同,是利用綠能進行化學反應,驅動二氧化鈦(TiO2)光觸媒(註),達到分解、殺死病菌的效果。他補充,高效率網為耗材,需定期更換,而蜂巢反應器清理過後即可再次使用,相較之下成本較低。註:觸媒又稱催化劑,可增加化學反應的速率,並不會在過程中消耗掉。團隊希望將蜂巢反應器裝設於機艙上方,當陽光射入透明機翼,便可透過光纖傳至反應器內的光觸媒。吳紀聖表示,團隊使用的二氧化鈦光觸媒,具有無毒、對人體無害的優點,故可安心應用在機艙。當二氧化鈦接觸到紫外線,就會刺激水分子釋放氫氧自由基,進而氧化有機物的表面,如細菌、病毒,以達滅菌效果。為了加強滅菌效率,團隊將光觸媒塗抹在具有許多孔洞的陶瓷蜂窩內,增加反應表面積,但此舉會產生阻礙光源的問題,團隊因此把光纖插入蜂窩,利用反射傳遞外界光線。吳紀聖解釋,團隊在光纖側面設計刻痕,使光訊號傳入蜂窩的同時,又能經由孔洞照射光觸媒,以進行滅菌。他補充,結合光觸媒和陶瓷是實驗最難的步驟,「要研究空氣的濕度、溫度,才能讓它(光觸媒)固著在上面。」由於機艙是密閉空間,要將紫外線傳入陶瓷蜂巢會有困難,因此團隊希望將機翼改為透明設計,以此導入紫外線。逢甲大學航太與系統工程學系教授方俊補充:「當光進到機翼裡面,光波屬於哪個類型,是否與光觸媒的需求一樣,也很重要。」而除了材料透光性問題,方俊補充,團隊也得注意「疲勞破壞」的情形,確保機翼在多次起降、飛行之後,都不會斷裂,保障飛機安全性。目前蜂巢反應器已證實有良好的殺菌效果,但還未能運用於飛機。臺大化工系學生盧彥均說:「法律有規定飛機的設計與安全性。」研發仍需考量飛行的摩擦力和機體強度。未來團隊考慮先將裝置應用在公車上,盼能協助抗疫,改善公眾空間的空氣品質。 若是菌量不足,會較難測得顯著的滅菌效果。於是團隊使用肉汁培養足量細菌,再將其噴灑於密閉盒,並利用風扇使其擴散,最終才證明實驗有效。 圖/盧彥均提供