孫文檠、周涴盈、謝明憲、陳思涵 / 工研院材化所
隨著都市化與工業化進程加速，環境中氣味污染物日益嚴重，影響人居健康與生活品質。傳統氣味分解技術如活性碳吸附、化學洗滌及生物處理，雖具一定成效，卻存在效率、維護與二次污染等課題。近年來，奈米複合材料因其高比表面積、可調控性及多功能催化活性，成為氣味分解領域的研究與應用新趨勢。本文綜述全球氣味分解技術發展現況，解析奈米複合材料於甲醛(HCHO)、氨氣(NH3)、硫化氫(H2S)、甲硫醇(CH3SH)等惡臭分子的分解機制、效能與應用案例，並探討其未來發展潛力與風險管理等議題。
【內文精選】
全球氣味分解技術發展趨勢
2. 新興技術動態
(2) 無機複合吸附材料
無機複合材料結合高比表面積與選擇性官能基，可同步吸附並分解氣味分子。②中孔洞吸附材料：巴西研究團隊利用介孔吸附材料(如MCM-41，圖三)，因其高效能，可廣泛應用於有機、無機與氣態污染物的環境修復。這類材料具備高比表面積與多孔結構，能有效去除多種污染物，相較傳統批次吸附法操作簡便、成本低廉、無副產物產生，具備環保與高能效等優勢。近年研究聚焦於MCM-41的合成條件優化及功能化修飾(如有機矽烷嫁接、金屬氧化物負載與官能基修飾)，以提升其吸附容量與選擇性。
圖三、MCM-41中孔顆粒表面上的矽醇基團
奈米複合材料氣味分解機制與應用
1. 奈米複合材料的分解機制
(1) 光催化氧化機制
奈米光觸媒複合材料(如二氧化鈦、鉑、銀等金屬奈米顆粒負載於多孔載體)是當前氣味分解領域的領先技術之一。這種結構的光催化機制通常伴隨表面電漿子共振(Surface Plasmon Resonance; SPR)效應，其中Ag奈米粒子可促進光生電子的轉移，提高TiO2的光催化活性。此外，熱電子效應也可能在光催化過程中發揮作用，進一步增強污染物降解能力。因此無論在紫外光或可見光照射下，此結構材料皆可生成電子–電洞對，與空氣中的水分子和氧氣反應，產生高活性氧化物種(如羥基自由基·OH和超氧陰離子O2-)。這些活性物種能高效分解甲醛、氨氣、硫化氫及甲硫醇等氣味分子，將其轉化為無害的水和二氧化碳(圖五)。
圖五、TiO2/Ag奈米複合材料的可能光催化機制
工研院開發水性鈦基奈米複合材料
工研院材料與化工研究所成功開發一種水性鈦基奈米複合結構材料，該材料係透過將稀貴金屬精準複合於銳鈦礦型二氧化鈦(Anatase TiO2)表面，藉由控制奈米材料之晶相結構與形貌特徵，顯著提升其比表面積與表面活性。此材料展現優異之光觸媒活性，能有效催化分解多種異味分子，展現高度除臭能力 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》463期，更多資料請見下方附檔。