--紫外线、光触媒、臭氧知识介绍
[1] 紫外线光源的分类
可见光的短波长侧有紫外线（Ultraviolet radiation 简称UV）区域，波长范围100~400nm。紫外线区域根据国际照明委员会(CIE)和国际电工委员会（IEC）可分为以下波长域：
UV-A:315~400nm
UV-B:280~315nm
UV-C:100~280nm
根据光子能E=h/λ式（h常数，λ光波长），波长越短光子能越高。能量较低的UV-A具有光化学作用，所以也称化学线。UV-A用于有机物的合成、涂料或接着剂的UV固化等领域。UV-B
对生物的作用效果大，能引起红斑作用及色素沉着等，所以也称生物线。UV-C是远紫外线。因为波长短能量大，具有杀菌作用，能分解分子的结合。对固体表面和水中污染物的光处理来说，只有UV-C具有强的作用效果。
[2] 紫外线光源及其光子能量
高压水银放电管发出的具有代表性的紫外线是365nm，光子能量328 KJ/mol；而低压水银放电管发出的具有代表性的紫外线是253.7nm及184.9nm，光子能量分别为472
KJ/mol和647 KJ/mol。要分解分子的结合，就要使用发出比分子的结合能强的光源。表1列出了主要的化学分子的结合能。由表可知，比365nm线的能量高的分子结合很多，但大多数比184.9nm线的能量低。所以，低压放电管要比高压放电管以及其他放电灯更适合水中需要分解有机物的水处理领域。
表1化学分子的结合能。
结 合
结合(KJ/mol)
结 合
结合(KJ/mol)
H-H
436.2
C-H
413.6
H-C
347.9
C-F
441.2
C=C
607.0
C-N
291.8
C≡C
828.8
C≡N
791.2
N-N
160.7
C-O
351.6
O-O
139.0
C=O
724.2
O=O
490.6
O-H
463.0
[3] 紫外线方式臭氧、活性氧的产生
UV(185nm) + O2 ---- O* + O* （活性氧）
O* + O2 ---- O3 （臭氧）
UV(254nm) + O3 ---- O*+O2 （氧气）
如同大气层中臭氧的产生与分解的循环
[4] 紫外线/臭氧并用的相乘效果
波长200nm以下的短波长紫外线在真空中才能有效传播，所以也称真空紫外线，能分解O2分子，生成的O*与O2结合产生臭氧O3。臭氧O3具有强的氧化作用。在光清洗、光氧化、水净化等处理中，UV/O3并用由于产生两者的相乘作用，所以要比UV或O3的单独使用的处理效果好得多。高纯度石英玻璃制低压水银放电管发出253.7nm及184.9nm（能产生臭氧）波长的紫外线，正好满足了UV/O3并用的需要。UV/O3并用的相乘作用在国外特别是在固体表面和水处理中越来越得到广泛的应用。
[5] 光触媒的功能
所谓光触媒就是光催化的同义词，光触媒物体起到催化、促进反应的作用，而本身不加入到反应中去。用紫外线（波长200-380nm）照射到敷有二氧化钛TiO2等光触媒的材料后，像下图中二氧化钛吸收紫外线光子能量，产生自由电子(e)与正孔（h）。自由电子(e)吸附水中的氧O2从而产生超氧离子（O2-）；正孔（h）吸附水分子，使水分子失去电子，产生氢氧离子（OH-）。产生的超氧离子（O2-）和氢氧离子（OH-）具有极强的氧化能力，将水中的有机物分子氧化分解成二氧化碳等气体分子，从而达到水净化的目的。
（二）紫外线在表面处理中的应用
[1] 高出力紫外线光源在表面清洗处理中的应用
近年，由于大功率超高出力低气压UV放电管开发的进展，以及随着微电子等产品的超微细化，在微电子、超精密器件等产品的制造过程中，由短波长紫外线及其产生的臭氧对其产品的表面进行超精密清洗或改善其表面的接着性、附着性的干式光表面处理技术的实用化进展得很快。现在，需要提高成品率的半导体器件、液晶表示元件、光学制品等制造中，紫外线UV和O3臭氧并用的干式光表面处理技术已成不可缺少的技术手段。作为氟里昂的替代技术，光表面清洗技术将逐渐取代湿式的传统技术。
本公司的国内首先开发的高出力与超高出力低气压UV放电管发出的具有代表性的紫外线是253.7nm及184.9nm，光子能量分别为472
KJ/mol和647KJ/mol，能切断绝大多数的分子结合。UV照射固体表面后，表面的污染物有机分子结合被强的光能切断、氧化，而后被分解成CO2和H2O等易挥发性物质，最终挥发消失。表面被清洗后的其清洁度极高，能把膜状的油污清洗到单分子层以下。
特点
○大气中处理，简单方便，环保无二次污染，无需加热、药液等处理。
○清洁度极高，单分子层以下，可以得到从来处理方法难以想象的清洁度、接着性
○国内独有的超高出力短波长紫外线光源，仅需短时间（秒单位）照射，发挥强大的处理能力，从实验室进入实用。
○不对材料的表面产生损伤。
○相对于湿式清洗或等离子清洗成本低。
○没有液体表面张力的影响，超微细部的清洗容易。
[2] 高出力紫外线光源在表面改性处理中的应用
一般工业或高科技领域使用的一些材料具有非常高的性能，对环境也非常的有好处，但这些材料的接着性、印涂性等一般都非常差。本公司提供的短波长紫外线（UV）表面清洗、表面改性技术，用清洁的高能紫外线光源，对上述材料进行处理后可得到极其清洁的表面和强力的表面接着性。
改性的基本的反应就是UV引起的氧化反应。UV照射固体表面后，表面的污染物被氧化，而后被分解成CO2和H2O等易挥发性物质，最终挥发消失。并且表面形成有利表面接着的如OH，COO，CO，COOH等亲水性原子团，被改性的表面接着性得到飞跃性地提高。
UV光源技术的进步保证了UV/O3表面改性技术充分发挥其突出的优越性。UV/O3表面改性技术因能处理得到极高的清洁度与表面接着性，在固体表面处理中越来越得到广泛的应用。
特点
○大气中处理，简单、方便、环保，无二次污染，无需加热、药液等处理。
○清洁度极高，单分子层以下，从来处理方法难以想象的接着性可以得到。
○国内独有超高出力短波长紫外线光源，仅需短时间（秒单位）照射，发挥强大的处理能力，从研究用进入量产用。
○对绝大多数塑料成型品照射有效，适用性广。
○可避免大量消耗药液、热能等，运行成本低。
[3] 紫外线UV固化技术
UV固化技术是用UV光线（主要波长365nm，特殊场合254nm）照射在含有光重合性预聚体、光重合性单体、光开始剂的涂料、接着剂或油墨等UV硬化树脂后，以秒单位快速硬化、干燥的技术。而通常的热干燥法、2液混合法中的重合反应法对树脂的干燥普通需要数分到数小时。
UV固化树脂的3特征：
○工艺加工时间大大缩短。大多的情况下，以秒单位快速固化。
○UV固化树脂是单一液剂，不必和溶剂等混合，UV照射前不会硬化，可修正操作。
○比较传统的热处理法，固化时间短，不会引起产品的变质变色，作业温度低，操作容易。
[4] 紫外线在表面杀菌中的应用
传统的杀菌方法一般是利用加热、加药等手段，但这些处理方法所花时间长，可能对处理对象产生不利的变化，对环境也会产生二次污染。用照射紫外线进行杀菌可完全避免以上问题。波长200～290nm的紫外线能穿透细菌、病毒的细胞膜，给核酸（DNA）以损伤，使细胞失去繁殖能力，达到快速杀菌的效果。
UV表面杀菌装置广泛应用于食品、电子、半导体、液晶显示器、等离子电视、水晶振动子、精密器件、化工、医学、保健、生物、饮料、农业…等等广泛领域。UV光源照射食品、材料等表面，具有快速高效、无污染的杀菌效果，从而维持贵方产品的高品质。
特征
1．仅需短时间（秒单位）照射，就能起到杀菌目的
2．连续/批处理方式选择
3．无需加热、药液等处理
4．简单、环保无二次污染
（三）光氧化或光触媒并用在水处理中的应用
[1] 光氧化或光触媒并用在水处理中的应用与技术背景
在水处理中，大量使用氯元素化合物对环境已成一大公害，水环境的富营养化现象产生的很多问题也需要尽快解决。随着水处理用高出力紫外线光源的技术突破，为解决或减轻种种环境难题带来了强有力的技术手段。
紫外线（简称UV）波长100~380nm，根据光子能E=h/λ式（h常数，λ光波长），波长越短光子能越高。280nm以下的短波长紫外线能量大，具有杀菌作用，能氧化分解分子的结合。波长200nm以下的短波长紫外线能分解O2分子，生成的O*与O2结合产生臭氧O3。臭氧O3具有强的氧化作用。称为UV/O3并用光氧化法的技术要比UV或O3的单独使用处理效果好得多，两者的并用具有相乘效果。高纯度石英玻璃制低气压UV放电管发出253.7nm及184.9nm波长的紫外线，正好满足了UV/O3并用的需要。
利用UV与O3两者相乘的氧化能力及紫外线的杀菌作用，可得到高度净化了的用水或环境水。光氧化法或光氧化/光触媒并用法发挥其无副作用的独特的威力，在环境保护中将起越来越重要的作用。
[2] 光氧化或并用光氧化法水处理的特点
○污染浓度越低处理效果越高。
○利用清洁的光源能源，不产生二次污染。
○上下水处理都能利用，适应性广。
○对所有菌种有效，不产生抗药性，残臭氧持续作用长。
○UV、O3 、光触媒三者的组合的协同作用，产生远远大于单独相加的处理效果。
（四） 紫外线在环境卫生中的应用
[1] 紫外线杀菌、脱臭的原理
波长200～290nm的紫外线能穿透细菌、病毒的细胞膜，给核酸（DNA）以损伤，使细胞失去繁殖能力，达到快速杀菌的效果。波长200nm以下的短波长紫外线能分解O2分子，生成的O*与O2结合产生臭氧O3。紫外线和臭氧具有强的氧化分解包括恶臭在内的有机分子的能力，
UV/O3并用的相乘作用在空气净化处理中发挥强大威力。
[2] 紫外线杀菌.脱臭.净化的特点
○设定时钟控制器昼夜两种类型放电管切换，充分考虑臭氧对人体的影响，做到安全运行。
○臭氧杀死或分解室内微生物、甲基硫醇、硫化氢、二甲硫等恶臭成分，创造快适的室内空间。
○蟑螂、老鼠等散布各种细菌，这类小动物对臭氧非常敏感，闻到臭氧感觉危险就不再进入。
○装置内送风机将臭氧放出，到达室内的各个角落，达到快速有效杀菌、除臭目的。
○对所有菌种有效，不产生抗药性。UV发生法产生的臭氧不含有NOX极其安全。
○强力的杀菌效果，提高产品的品质与食品等的保存期，符合HACCP精神。
○设置简单，维护方便，只需更换消耗的放电管， 运行成本低。
（五） 紫外线、臭氧的安全防护
[1] 人受到UV照射后的影响
急性：大量照射几小时后症状出现，但几天后恢复，症状消失。（受紫外线照射受伤的DNA的局部将被除去或修复。而UV-C难以进入到真皮组织。）症状：皮肤：红斑、灼伤、水泡化、光过敏、维生素D的合成；眼：光角膜炎，光结膜炎；免疫系统：朗格尔汉斯氏细胞消失、病毒活性化
慢性：1年以上反复受到紫外线的过量照射的比较严重，症状如下症状：皮肤：色素斑、色素性母斑、弹性纤维变性、日光角化症、基底细胞癌；眼：翼状片、白内障、网膜剥离、葡萄膜黑色肿、黄斑变性；免疫系统：免疫力下降，容易感染各种病毒。
[2] 人在各臭氧浓度下暴露后的反应或症状
浓度（ppm）
特征
0.01-0.05
能嗅到臭氧臭（个人差有）
0.05-0.06
严格国家劳动环境上的容许浓度
对慢性肺疾病患者的肺机能不会产生影响
0.1
日本、美国等劳动环境上的容许浓度
健康人感到不快，大部分人感到鼻、喉部刺激
0.1-0.3
数分-数十分钟内人感到鼻、喉部刺激
哮喘患者发作回数会上升（0.3ppm为允许人15分钟暴露的浓度）
0.6-0.8
胸痛、咳嗽、呼吸困难、起动阻力增加，肺气交换下降
1.0-2.0
感到疲劳感、头痛、气动的干渴等
10
数十分钟内有可能陷入呼吸困难、肺水肿、昏睡状态
1000
数分内可致死，但是还没有因臭氧被毒死的例子
[3] 人受到紫外线的暴露时间与允许照射的紫外线强度
每日被紫外线照射时间
实效紫外线照度（μW/cm2）
8小时
0.2
4
0.4
2
0.8
1
1.7
30分
3.3
15
6.7
10
10
5
20
1
100
30秒
200
10
600
1
6000
0.5
12000
0.1
60000
每8小时作为一时间段内容许各波段紫外线对人体的照射临界值 （ACGIH美国劳动卫生专门官会议劝告值）
