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上元安康|杀灭新型冠状病毒的神奇材料

文章来源:更新时间:2020/2/9 12:28:52

本期导读:新型冠状病毒肆虐,各类防护用品告急,消耗量巨大的消毒产品同样紧缺,急需长效消毒净化技术。新型纳米氮掺杂二氧化钛光催化剂制品可以响应可见光,长效杀灭病毒,为了响应国家号召,已第一时间全面恢复生产和供配,可为医院、地铁、火车站、机场等公共聚集场所提供长效消毒产品和服务,为抗击疫情贡献力量。



上元安康

这个春节,尤为难过。


新型冠状病毒不期而至,全国上下措手不及,恐慌、焦灼、愤怒、痛心,各种情绪周而复始的弥漫在每个人周围。每日醒来关注疫情发展,搜寻本地感染的讯息,时刻提醒自己和他人戴口罩勤洗手,忧患着朋友圈、微信群里各类信息,楼都不下的我们与家人朋友互相叮嘱打气,期待着明天的好消息。

普通的我们这样熬着这个不普通的春节,无法想象事件中的感染者和医护人员们会是多么难熬。

这必是所有华人终身难忘的一个春节。



封城中的武汉(来源:企鹅号-梦龙影像)

 除了疫情扩散和一线救护的情况,这段时间最牵动人心的就是全品类防护物资的短缺。不仅是湖北省缺、武汉缺,全国都缺,口罩、酒精、84消毒液,这类物资常备的家庭很少,即便有也不会大量储备。现实情况是很多人不仅买不到口罩,连酒精和消毒液都买不到了。朋友圈里平时3、4块钱的84消毒液卖到了30块钱1瓶,依然抢不到。各地医院不时发出物资求助,甚至有些物业公司也开始征集物资渠道。

(来源:人民网 湖北频道)

在此,依然要号召大家减少外出,保持卫生,出门少消耗的防护用品就少,自身和家人更安全的同时也是在节约物资给更需要的人用。同时也要理智冷静看待网络信息和我们的现状,要坚信,眼下的困难只是暂时的,团结一心的我的国很快会有强效措施解决一切问题。

另外,在使用酒精和84消毒剂进行消毒时,一定要注意用法用量,这段时间因为消毒剂使用不当而酿成的悲剧太多了。



(来源:家族群)


下面进入今天要分享的正题。

在这次疫情中,酒精和84是消杀空间和表面新型冠状病毒的主要措施。消毒用品是快速消耗品,因为目前常见的酒精和含氯消毒剂(如84消毒液)都易挥发,它们的作用是一次性的,无法实现长效杀菌杀毒,我们只能通过一次次的喷洒来保证尽可能有效杀灭病毒。目前的疫情状态下,全国的医院、公共场所、社区、家居环境,每天消耗的消毒剂份量不可估量,消毒物资短时期内需求暴涨,一时出现供应短缺情况是不可避免的。

有没有长效的杀病毒技术呢?

有的。

纳米氮掺杂二氧化钛光催化材料(国家自然科学基金、国家“863”计划纳米重大专项和“十三五”重点研发计划等课题资助)

这个拗口的材料名字中,可能“光催化”这几个字大家听说的更多一些。


光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。

1967年藤岛昭教授在一次试验中发现光催化现象后,大量研究证明光催化材料在光的照射下可将有机污物彻底降解为二氧化碳与水,同时、自身无损耗,被誉为"当今世界最理想的环境净化技术"。


光催化剂是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。光催化剂的种类很多,包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2),硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体,另外还有部分银盐,卟啉一等也有催化效应,但他们基本都有一个缺点----存在损耗,即反应前和反应后其本身会出现消耗,而且它们大部分对人体都有一定的毒性。目前所知无毒且无损的最有应用价值的光催化材料,就是TiO2


光催化反应的过程具体是什么样的呢?

通俗的说,二氧化钛粒子本身是很稳定的存在,但是它吸收了紫外光的能量以后,就开始变得"兴奋"起来,把自己身上的电子到处乱扔,于是,它抛出的电子和自身空出的"电位"就变成了撕扯有机物大分子的"刀",足以将构成微生物的,由碳、氢、氧、氮等化学键形成的有机物分解,最终生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物,达到杀灭和抑制细菌病毒、降解细菌毒素及残留的目的。

而当能量减弱以后,二氧化钛粒子就需要"歇会"了,它扔出去的电子也全部跑了回来,和空出的电位结合,于是,二氧化钛粒子在不消耗自己的情况下,将有机物降解了,这个过程中二氧化钛释放出来的电子-空穴对,在二氧化钛表面持续生成羟基自由基和超氧自由基等活性基团,对微生物进行持续的无差别攻击

可以想象,光催化的这一反应过程简直是完美的分解过程,可以安全、广谱、长效的净化环境。


为什么多年来并没得到广泛应用? 

是因为,绝大多数TiO2光催化材料仅能在紫外线条件下运用,但是紫外线在人类生活空间中占的比重很小,只占太阳光能量的4%左右。对纳米二氧化钛进行掺杂以窄化带隙从而实现其可见光响应是大规模应用的前提。


   今天说的材料——纳米氮掺杂二氧化钛光催化材料,就是以氮元素对纳米二氧化钛进行了掺杂,从而成功实现可见光响应,彻底解决了传统光催化材料应用问题。




可见光下纳米氮掺杂二氧化钛光催化过程


由北京科技大学、中关村人居环境工程与材料研究院、解放军第306医院、北新集团建材股份有限公司、北京理工大学、北京为康环保科技有限公司等单位组成的联合攻关团队,国家自然科学基金、国家“863”计划纳米重大专项和“十三五”重点研发计划等课题的资助下,历经17年刻苦攻关,突破了可见光光催化材料制备技术瓶颈,掌握了氮掺杂纳米二氧化钛的低温合成、同步掺杂和纳米晶化等关键技术,开发的材料可以持续吸收灯光等可见光的能量,从而持续长效地杀灭各种细菌病毒。

作为“十三五”重点研发计划项目最新成果,纳米氮掺杂二氧化钛光催化液突破性地解决了中国科协2018年提出的“六十个重大科技难题”中的“可见光光催化材料”这一重大科技难题,相关成果入选国家“十二五”科技创新成就展,获得2019年度中国产学研合作促进会创新成果一等奖。

所谓的可见光光催化剂,即该材料实现了对所有可见光(不仅局限于紫外线)的催化响应。我们日常的阳光、灯光、手机的光,无论什么可见光,都能引发它产生催化反应,无休止的对周围环境中有害的有机物分子进行降解作用。另外项目团队针对光催化材料难以附着的问题,自主开发了分散和成膜助剂,突破了纳米颗粒在水性体系中的分散和悬浮稳定关键技术,开发出光催化喷剂,可以直接喷涂使用。(授权中国发明专利:ZL201210020193.8)


这种材料的抗菌杀毒效果如何?


理论上说,光催化反应会对周围环境中的一切有机污物持续进行降解。

目前该技术已成功实现规模化生产,所生产的光催化净化喷剂产品在中科院理化技术研究所抗菌中心检测报告表明,可见光的照射下,24小时对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的杀灭率均大于99%对霉菌达到最高等级0级,体现了优异的长效广谱的抗菌净化性能。同时在北京市疾控中心进行的经口毒性和皮肤刺激实验均表明产品安全无毒害。

另外,除病毒和细菌外,对甲醛24小时降解率达到85%;对TVOC的24h降解率72%



对这次的新型冠状病毒有作用吗?


国内外大量研究表明,二氧化钛光催化材料在紫外线条件下对于典型微生物:细菌、真菌和病毒(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、白色念珠球菌、黄曲霉、黑曲霉、乙型肝炎病毒、H1N1病毒等)可以起到有效杀灭作用。如2003年施虐亚洲乃至全球的SARS病毒,在日本却显得波澜不惊,只有43个可疑病例,无1个确诊病例,这除了其健全的卫生防疫体系和日本人普遍注意个人卫生外,一个重要原因就是其国家重点推广的二氧化钛紫外线光催化技术。


光催剂对H3N2流感病毒作用过程(TEM)


当将形成为光催化剂的氧化钛膜放在玻璃板上,滴下SARS病毒并暴露在紫外线下时,大约15分钟内无法检测到感染性。典武说:‘这是有关日本对SARS病毒的光催化作用的第一份详细报告。’该报告将于3月14日在东京大学举行的研讨会上宣布。”

(岩手日报)

虽然没有也来不及针对新型冠状病毒进行光催化反应的实验,但从理论和对与新型冠状病毒同源且基因序列非常相似的SARS病毒的实践上来看,纳米氮掺杂二氧化钛可见光光催化液足可以对新型冠状病毒进行有效的杀灭。


光催化技术与目前消毒技术比较



如何使用


目前,可见光光催化技术制品包括:可见光光催化液、光催化抗菌装饰装饰修一体化板、光催化抗菌织布



可见光光催化喷剂使用


可见光光催化液制品可以通过特制纳米喷枪,均匀喷洒在各类物品表面,有良好的成膜性和附着力,根据不同的表面特性和使用习惯,一般喷洒作业一次可持续有效时间为3-5年



光催化抗菌装饰装修一体化板应用


光催化抗菌装饰装修一体化板是集装饰、装修、抗菌杀毒功能于一身的UV光固化板材,以石膏板为基底,表面花色可以任意定制,用于各类墙面装修都有非常好的效果。光催化剂以特殊工艺被种植并固化在板材的表面,针对抗菌功能的有效时间来说,与板材表面的寿命一致,一般来说板材寿命为20年以上



光催化抗菌织布应用


光催化抗菌织布是以特殊工艺将可见光光催化剂种植于织布中,以此类织布制作沙发套、抱枕、椅垫、床具、壁布等,都可实现良好的杀毒灭菌效果,抗菌功能的有效时间与织物寿命一致,一般为10年以上

与其他更多材料的结合技术,我们一直在加紧研究中,但专业领域不同,力量有限,非常希望和欢迎有相关材料有效结合技术的单位与我们联系,深度开发。


对此次疫情的急速响应

目前,为了进一步落实党中央、国务院关于抗击新型冠状病毒感染肺炎疫情的重要指示及《中共北京市委社会工委北京市民政局关于动员社会组织参与新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控工作的倡议书》的精神,纳米氮掺杂二氧化钛可见光光催化液已经进入第一批“京津地区消毒、杀菌功能产品及服务企业联络名单”中,产品“净堂使者”可见光光催化抗菌净化液可用作医院、写字楼、公共场所、地铁等物表喷涂使用,针对医院、学校、养老机构等可免费提供消毒产品。


净堂使者可见光光催化抗菌净化喷剂


有需要者搜索微信公众号“中关村人居环境研究院”发送“消毒”两个字,获取相关信息及联系方式。




除了可见光催化技术外,目前新的、高效的、未市场化的消毒技术还有很多,我们无法不去想象,如果这些技术早一些普及,用在医院、车站、机场、地铁、车厢、机舱、学校、公众聚集的任何场所,以及家庭里,那么在这次的疫情控制中将会起到多么大的作用,将会帮助多少人免于病毒的侵袭,甚至挽救多少家庭多少生命。然而疫情已经早于技术普及到来。无论全国一心强有力的抗争多么振奋人心,那些已然发生的苦难,那些在一线挣扎着持续付出的医护人员,那些逝去的和徘徊着的,依然令人心如刀绞。

只希望,倘若还有下一次,那时的我们已经准备好了。 



末尾的话:

这个春节,绝大部分的信息来源都是网络,最近我发现,除了病毒以外,隔离的生活仿佛带给一些人更多的戾气,四处散播无意义的消极甚至反动言论,窝在家里什么也没在做的人就好好什么都不要做为社会做贡献啊,有那个能力指点江山吗。身处在这个信息爆炸的社会,我们每一个人都应该有分析辨别是非黑白的能力,有独自思考理性判断的能力,否则的话,现实中的病毒消灭起来容易,思想上的“病毒”,就不那么好消了。

正月十五,春节就要过完了,莫要消极,该在家工作就忙活起来吧!每个人做起自己能做的事情,一起静待春天,我们一定会战胜病毒的!


上元安康,国泰民安!  

图:中关村人居环境工程与材料研究院
文:冯喜庆
责任编辑:冯喜庆



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