奈米光觸媒應用於廁所空氣之抗菌研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	李玟錦 Wen-Chin Li
論文名稱：	奈米光觸媒應用於廁所空氣之抗菌研究 Applying the Nanophotocatalyst to the Antibacterium in the Lavatory
指導教授：	楊錦懷 Chin-Huai Young
口試委員:	黃兆龍 Chao-Lung Hwang 賴宏仁 Hong-Jen Lai
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 營建工程系 Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	98
中文關鍵詞：	光觸媒、抗菌、廁所
外文關鍵詞：	Photocatalyst, Antibacterium, Lavatory
相關次數：	點閱：147 下載：1
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上一筆

邇來各國將環境淨化列為重要的課題，本篇論文中奈米光觸媒材料，即具有抑制空氣中細菌之功效，是先進、健康、自然、有效且無副作用的空氣淨化觸媒。在氧和水存在的環境中，二氧化鈦藉由可見光照射，產生高氧化力的氫氧自由基和超氧自由基，這些自由基可破壞細菌的細胞膜，達到消滅細菌的目的，因此可以杜絕細菌破壞室內環境品質。
本研究係使用可見光奈米光觸媒，噴塗於廁所牆面磁磚、衛生陶瓷器具表面，可以降低空氣中之細菌量，當增加光觸媒之光催化反應、空氣對流機制、主動式光觸媒之試驗後，深入分析奈米光觸媒應用於廁所抗菌之效果。第一階段試驗廁所原始環境經噴塗光觸媒後抗菌率為78.75%，第二階段增加照度後抗菌率為83.33%，第三階段改善通風後抗菌率為83.45%，第四階段增設主動式光觸媒抗菌率為84.14%，依研究數據證明可見光奈米光觸媒應用，可以依據環境微生物濃度值調整應用，以達最佳抗菌效果。
科技材料的發展，最終的目的是增進人類福祉。本研究將奈米光觸媒材料應用於廁所空氣抗菌，已證明能獲得正面成效，值得實務推廣運用於室內公共空間，提供人類更優質健康的生活環境。

The environmental purification has become an important topic in many countries. The material of nanophotocatalyst is advanced, healthy, natural and effective, which not only has no side effect but also suppresses the bacterium in the environment. Both high-hydroxide and Superoxide free radicals are produced by TiO2 through the exposure of the visible light in the environment of oxygen and water. These free radicals damage the cell membrane of the bacterium and result in the elimination of the bacterium. Therefore, the elimination improves indoor air quality.
This researcher sprayed the photocatalyst on the surface of the tiles and the chinaware in the lavatory, to reduce the quantity of the bacterium. The antibacterium effects of the nanophotocatalyst were further explored after strengthening the Photocatalytic reaction through the exposure of the visible light. Afterward used mechanism of the air circulation and tested by the active photocatalyst. At the first stage, the antibacterium rate was 78.75% after the application photocatalyst. At the second stage, the antibacterium rate was 83.33% after the lavatory was increased illumination. At the third stage, the antibacterium rate was 83.45% with the improvement of ventilation. At the last stage, the antibacterium rate was 84.14% with the apparatus of active photocatalyst. These experiments proved that the photocatalyst is able to adjust application to reach the best antibacterium effect in accordance with the bacterium rate of environment.
The purpose of researching and developing the scientific and technological material is to enhance the quality of life.It has been proved in this research that the photocatalyst has the antibacterium effect in the lavatory. Besides, this conclusion is merited popularization in the indoor public place to offer better environment.

目  錄
論文摘要	I
ABSTRACT	II
致  謝	IV
目  錄	V
表目錄	VII
圖目錄	VIII
第一章  緒論	1
1.1  研究動機	1
1.2  研究目的	2
1.3  研究方法	4
1.4  研究流程	5
第二章  文獻回顧	7
2.1  奈米光觸媒	7
2.1.1  光觸媒簡介	7
2.1.2  二氧化鈦之特性	10
2.1.3  可見光二氧化鈦光觸媒之光催化反應機制	15
2.1.4  二氧化鈦光觸媒應用範圍	21
2.2 微生物與空氣抗菌	25
2.2.1  空氣中主要微生物	25
2.2.2  微生物對人體之影響	26
2.2.3  空氣微生物之規定	27
2.2.4  奈米光觸媒應用於空氣抗菌	31
第三章  試驗內容	33
3.1  試驗流程	33
3.2  試驗參數	35
3.2.1  噴塗奈米光觸媒	35
3.2.2  燈具照明強度	36
3.2.3  空氣對流機制	38
3.2.4  主動式光觸媒	41
3.3  廁所空氣之抗菌試驗	42
3.3.1  試驗目的與設計	43
3.3.2  試驗儀器及相關材料	43
3.3.3  培養皿計數培養基	50
3.3.4  取樣點設置及試驗方法	51
3.3.5  儀器校正與注意事項	57
第四章  試驗結果與分析	61
4.1  噴塗光觸媒之抗菌試驗	61
4.1.1  原始環境試驗結果	61
4.1.2  噴塗光觸媒試驗結果	65
4.1.3  噴塗光觸媒之抗菌試驗分析	69
4.2  光觸媒光催化反應試驗	70
4.2.1  增加照度對光觸媒之抗菌試驗結果	71
4.2.2  增加照度對光觸媒之抗菌效能影響分析	75
4.3  空氣對流機制對光觸媒之抗菌試驗	76
4.3.1  設置空氣對流機制之光觸媒抗菌試驗結果	76
4.3.2  空氣對流機制對奈米光觸媒之抗菌分析	78
4.4  被動式與主動式光觸媒之抗菌試驗	78
4.4.1  被動式光觸媒之抗菌試驗結果	79
4.4.2  主動式光觸媒之抗菌試驗結果	79
4.4.3  被動式與主動式光觸媒之抗菌分析	80
4.5  小結	81
第五章  結論與建議	91
5.1  結論	91
5.2  建議	92
參考文獻	95


表目錄
表2-1  半導體之能隙寬度和激發所需光波波長	9
表2-2  各種被研究之光觸媒材料	9
表2-3  銳鈦礦與金紅石晶型物理特性差異比較	12
表2-4  二氧化鈦光觸媒反應機制	17
表2-5  改善二氧化鈦光觸媒反應速度的方法	20
表2-6  室內環境主要污染物及來源	26
表2-7  室內空氣污染物之種類	28
表2-8  室內空氣污染物濃度建議值	29
表2-9  中國大陸室內空氣質量標準	31
表3-1  男生及女生廁所原始環境照度及增設燈具之照度比較	38
表3-2  試驗廁所使用人數統計	54
表3-3  衝擊取樣器之流量校正紀錄	59
表4-1  男生廁所－原始環境之空氣總菌落紀錄	62
表4-2  女生廁所－原始環境之空氣總菌落紀錄	62
表4-3  男生廁所－噴塗奈米光觸媒之空氣總菌落紀錄	66
表4-4  女生廁所－噴塗奈米光觸媒之空氣總菌落紀錄	67
表4-5  男生廁所－增加照度之光觸媒空氣總菌落紀錄	72
表4-6  女生廁所－增加照度之光觸媒空氣總菌落紀錄	73
表4-7  女生廁所－設置空氣對流機制之光觸媒空氣總菌落紀錄	76
表4-8  男生廁所－被動式光觸媒之空氣總菌落紀錄	79
表4-9  男生廁所－主動式光觸媒之空氣總菌落紀錄	79
表4-10 奈米光觸媒應用於廁所之抗菌率彙整表	81



圖目錄
圖1-1  光觸媒強力氧化示意	2
圖1-2  光觸媒抗菌示意	3
圖1-3  研究試驗地點實景	5
圖1-4  研究流程圖	6
圖2-1  常見半導體能隙	8
圖2-2  二氧化鈦光觸媒之應用領域	10
圖2-3  銳鈦礦與金紅石之立體結構	13
圖2-4  銳鈦礦與金紅石之晶格結構	13
圖2-5  銳鈦礦與金紅石之分子結構	14
圖2-6  銳鈦礦與金紅石晶型之能隙與能帶邊緣位置	14
圖2-7  半導體能隙激發歷程之電子－電洞對可能遵循的路徑	16
圖2-8  光觸媒氧化還原反應	18
圖3-1  試驗流程圖	34
圖3-2  男生廁所噴塗光觸媒實景	36
圖3-3  女生廁所增設燈具平面示意	37
圖3-4  女生廁所增設燈具實景	37
圖3-5  男生廁所噴塗光觸媒封閉乙天公告	39
圖3-6  女生廁所入口實景	39
圖3-7  男生廁所暨設風扇位置示意	40
圖3-8  女生廁所新設風扇實景	40
圖3-9  男生廁所新設自製空氣清淨機	41
圖3-10 女生廁所新設自製空氣清淨機	42
圖3-11 空氣微生物衝擊取樣器	44
圖3-12 培養箱	45
圖3-13 高壓滅菌釜	45
圖3-14 冰箱內部實景	45
圖3-15 溫度及溼度計	46
圖3-16 空氣流量校正器	46
圖3-17 照度器	47
圖3-18 培養皿	48
圖3-19 自製置物三腳架	49
圖3-20 三腳架檯面高度	49
圖3-21 試驗用防護手套	50
圖3-22 男生廁所取樣點示意	52
圖3-23 女生廁所取樣點示意	52
圖3-24 試驗廁所使用人數示意	54
圖3-25 菌落外觀辨識之指標	57
圖3-26 培養皿滅菌完成實景	57
圖3-27 衝擊取樣器之流量校正實景	58
圖3-28 校正衝擊取樣器之流量曲線圖	60
圖4-1  男生廁所－原始環境之空氣總菌數	63
圖4-2  女生廁所－原始環境之空氣總菌數	63
圖4-3  男生廁所－噴塗奈米光觸媒之空氣總菌數	67
圖4-4  女生廁所－噴塗奈米光觸媒之空氣總菌數	68
圖4-5  男生廁所增設燈具平面示意	70
圖4-6  男生廁所增設廁所燈具實景	71
圖4-7  男生廁所－增加照度之光觸媒空氣總菌數	73
圖4-8  女生廁所－增加照度之光觸媒空氣總菌數	74
圖4-9  女生廁所－設置空氣對流機制之奈米光觸媒空氣總菌數	76
圖4-10 男生廁所－被動式與主動式光觸媒之空氣總菌數	80
圖4-11 光觸媒於廁所原始環境之抗菌曲線圖	82
圖4-12 光觸媒於試驗廁所抗菌圓形圖	83
圖4-13 男生廁所－光觸媒之空氣總菌落試驗	85
圖4-14 男生廁所－假日光觸媒之空氣總菌落試驗	85
圖4-15 男生廁所－平日光觸媒之空氣總菌落試驗	86
圖4-16 男生廁所－光觸媒之空氣取樣溫度	86
圖4-17 男生廁所－光觸媒之空氣取樣濕度	87
圖4-18 男生廁所－光觸媒之空氣總菌落試驗刪環境異常	87
圖4-19 女生廁所－光觸媒之空氣總菌落試驗	88
圖4-20 女生廁所－假日光觸媒之空氣總菌落試驗	88
圖4-21 女生廁所－平日光觸媒之空氣總菌落試驗	89
圖4-22 女生廁所－光觸媒之空氣取樣溫度	89
圖4-23 女生廁所－光觸媒之空氣取樣濕度	90
圖4-24 女生廁所－光觸媒之空氣總菌落試驗刪環境異常	90

                                

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