臭氧及甲醛分解材料及其制备方法技术领域
本发明是关于一种材料及其制备方法，特别是一种臭氧及甲醛分解材
料及其制备方法。
背景技术
由于臭氧的氧化力很强，因此常使用于杀菌装置以达到净化杀菌的功
效。然而，如果臭氧的浓度过高，反而会有害于人体健康，并且对于其它
动植物也会造成不良的影响。举例而言，高浓度的臭氧会刺激眼、鼻、喉
咙的黏膜，并影响支气管及肺等呼吸器官。当臭氧的浓度为0.1ppm时，
大部分的人会感觉不适。当臭氧的浓度超过1ppm时，则会出现呼吸困难、
肺水肿等各种症状。因此，为了避免臭氧对人体的伤害，研究人员设计出
可分解臭氧的材料。
甲醛为无色透明气体，有刺激性气味，其对皮肤及黏膜有刺激性作用。
接触过甲醛的皮肤可能出现过敏现象，严重者甚至会导致肝炎、肺炎及肾
脏损害。甲醛对婴幼儿的孕妇危害更加严重，可导致怀孕期间胎儿停止生
长发育，心脑发育不全，严重可导致胎儿畸形和流产等严重后果。在空气
中甲醛的浓度一旦超过0.1mg/m3，就会导致眼睛和黏膜细胞的伤害。轻
微者如水肿，较严重者会发炎、溃烂，甚至导致鼻咽癌等严重病变。因此，
国际癌症研究机构(InternationalAgencyforResearchonCancer，IARC)
则将甲醛分类为人类致癌物质。
室内空气中甲醛的来源包括：1.使用于护墙板、天花板等装饰材料的
各类酚醛及醛树脂胶合人造板，例如美耐板、三夹板、合板等；2.家具及
装饰材料，例如贴墙布、贴墙纸、油漆；3.室内陈列及生活用品，例如家
具、化纤地毯和泡沫塑料等；4.芳香剂、杀蚊液、防腐剂等。
研究显示，刚装潢完之室内甲醛浓度高达0.48ppm。装修和家具中含
有的甲醛的释放期长达3～15年，因而会对生活环境造成长久的影响。在
医院病理科的检切室中，由于保存着检体的甲醛以及使用甲苯、二甲苯等
有机溶剂，因而检切室中甲醛的背景浓度高达1.6ppm以上。另外吸烟时，
每支烟所排放的废气中含有甲醛20～88μg，也都会释放到空气中。
一般可分解臭氧或甲醛的材料通常是将具有分解臭氧或甲醛能力的
催化剂担载在载体上来使用，为了避免使用时催化剂脱离载体而降低材料
分解臭氧或甲醛的能力，一般会使用黏着剂以将催化剂担载在载体上，再
进行高温烧结的程序，使黏着剂将催化剂与载体结合。由于反应温度的限
制，在载体的选择上，通常需要选用具有耐高温性质的载体，例如陶瓷、
活性碳等。然而，黏着剂的使用一方面增加了可分解臭氧或甲醛的材料的
生产成本，更重要的是，由于催化剂的部分表面会被黏着剂所覆盖，因而
降低了催化剂表面可以分解臭氧或甲醛的表面积，进而降低了分解臭氧或
甲醛的效率。
因此，如何设计一种臭氧分解材料可同时分解甲醛，又可以解决黏着
剂会降低催化剂表面可以分解臭氧及甲醛的表面积，进而降低了分解臭氧
及甲醛的效率的问题，就成为研究人员需要解决的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例所揭露的臭氧及甲醛分解材料的制备方法的流
程图。
图2为本发明一实施例所揭露的臭氧及甲醛分解效率测试系统。
发明内容
本发明一实施例所揭露可同时分解臭氧及甲醛的材料的制备方法，包
括下列步骤。提供一纤维素纤维基材。提供一催化剂前驱物溶液，包含一
锰盐。将催化剂前驱物溶液以初湿含浸方式担载于纤维素纤维基材上，使
催化剂前驱物溶液中的锰盐担载于纤维素纤维基材。氧化或还原催化剂前
驱物溶液中的锰盐以生成一催化剂。
本发明一实施例所揭露的由臭氧及甲醛分解材料的制备方法所制成
的臭氧及甲醛分解材料，包含一纤维素纤维基材以及一催化剂，催化剂担
载在纤维素纤维基材。
本发明一实施例所揭露的臭氧及甲醛分解材料，包含一纤维素纤维基
材以及一催化剂，催化剂担载在纤维素纤维基材，催化剂包含一锰盐。
根据本发明实施例所揭露的臭氧及甲醛分解材料及其制备方法，是通
过初湿含浸的方式将催化剂前驱物溶液中的锰盐担载在纤维素纤维基材
上，此外，由于本发明是通过将锰盐氧化或还原的方式使锰盐在纤维素纤
维基材的表面析出，因此制备催化剂的过程中不需经过高温的程序。借此，
所制成的臭氧及甲醛分解材料不需使用黏着剂即可将锰盐与纤维素纤维
基材的表面结合。因此解决了黏着剂会降低催化剂表面可以分解臭氧及甲
醛的表面积，进而降低了分解臭氧及甲醛的效率的问题。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与
解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
【主要元件符号说明】
10-臭氧及甲醛分解效率测试系统；
11-臭氧及甲醛进样口；
12-加湿系统；
13-空气进样口；
14-混合区；
15-多向阀；
16-反应器；
17-侦测器；
18-高温炉。
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以
使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明
书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本
发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但
非以任何观点限制本发明的范畴。
请参阅图1，图1为本发明一实施例所揭露的臭氧及甲醛分解材料的
制备方法的流程图。
首先，提供一纤维素纤维基材(步骤S101)，纤维素纤维基材具有多
孔性及良好的吸水性质。
接着，提供一催化剂前驱物溶液，包含一锰盐(步骤S102)。其中，
锰盐的浓度是介于0.01M至10M之间。在其它的实施例中，锰盐的浓度
是介于0.1M至5M之间。此外，催化剂前驱物溶液还可包含其它过渡金
属，例如为钴、镍、铁、铈、铜、银或者是前述过渡金属的组合。
然后，将催化剂前驱物溶液以初湿含浸方式担载于纤维素纤维基材
上，使催化剂前驱物溶液中的锰盐担载于纤维素纤维基材(步骤S103)。
由于纤维素纤维基材具有良好的吸水性，因此催化剂前驱物溶液中的锰盐
可均匀地分布在纤维素纤维基材上。
接着，使催化剂前驱物溶液中的锰盐进行一氧化反应或一还原反应以
生成一催化剂于纤维素纤维基材上(步骤S104)。详细来说，可加入一氧
化剂以将锰盐氧化而使锰盐在纤维素纤维基材间析出，或者是加入一还原
剂以将锰盐还原而使锰盐在纤维素纤维基材间析出。其中，氧化剂可以是
过锰酸钾、过硫酸钾、二铬酸钾、双氧水、臭氧等，而还原剂可以是亚硫
酸钠、硫酸亚铁、乙二醇等。举例来说，可使用过硫酸钾以将醋酸锰(II)
氧化以制备催化剂或者是使用乙二醇将过锰酸钾(VII)还原以制备催化
剂。需注意的是，氧化剂或还原剂并非用以限定本发明。
然后，加入一酸溶液或者是一碱溶液以刻蚀催化剂(步骤S105)，并
使溶液的pH值介于5至9之间，在其它的实施例中，溶液的pH值是介
于7至8之间。借此，使催化剂具有中孔洞(2至50纳米)，藉以增加催
化剂的比表面积，而增加了催化剂可用以分解臭氧及甲醛的表面积，进而
提升催化剂分解臭氧及甲醛的效率。其中，酸溶液可以是硫酸、盐酸或硝
酸等，而碱溶液可以是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾或者是氢氧化钙等。
最后，以去离子水冲洗纤维素纤维基材，并进行烘干(步骤S106)，
以去除纤维素纤维基材上残余的酸溶液或碱溶液。其中，烘干的温度介于
60℃至80℃之间，而烘干的时间为3小时至5小时之间。借此，完成了可
分解臭氧及甲醛的催化剂的制备，其中催化剂是担载于纤维素纤维基材之
间，并且催化剂直接接触纤维素纤维基材的表面。通过纤维素纤维基材担
载催化剂，催化剂与纤维素纤维基材所组成的臭氧及甲醛分解材料可便于
使用者的使用。
以下将以数个实施例及比较例进行本发明所制成的臭氧及甲醛分解
材料的举例说明及实验验证。
实施例一(锰盐溶液为催化剂前驱物)
首先，提供一纤维素纤维基材(步骤S101)，纤维素纤维基材具有多
孔性及良好的吸水性质。
接着，提供一0.5M的Mn(CH3COO)2(步骤S102)。
然后，以初湿含浸方式将催化剂前驱物溶液担载于纤维素纤维基材
上，使催化剂前驱物溶液中的锰盐担载于纤维素纤维基材(步骤S103)。
由于纤维素纤维基材具有良好的吸水性，因此催化剂前驱物溶液中的锰盐
可均匀地分布在纤维素纤维基材上。
接着，加入0.2MK2S2O8以氧化催化剂前驱物溶液中的锰盐，使锰盐
在纤维素纤维基材间析出(步骤S104)。
然后，加入一7％氨水并调整溶液的pH值至介于7至8之间(步骤
S105)。借此，使催化剂具有中孔洞，以增加催化剂的比表面积。
最后，以去离子水冲洗催化剂表面，并在60℃下烘干四小时(步骤
S106)。即完成了臭氧及甲醛分解材料的制备。
实施例二(锰盐、银盐为催化剂前驱物)
首先，提供一纤维素纤维基材(步骤S101)，纤维素纤维基材具有多
孔性及良好的吸水性质。
接着，提供一0.5MKMnO4及1M的AgNO3(步骤S102)。
然后，将二种催化剂前驱物溶液分别以初湿含浸方式担载在纤维素纤
维基材上，使催化剂前驱物溶液中的锰盐及银盐担载于纤维素纤维基材
(步骤S103)。由于纤维素纤维基材具有良好的吸水性，因此催化剂前驱
物溶液中的锰盐及银盐可均匀地分布在纤维素纤维基材上。
接着，加入0.2M乙二醇以还原催化剂前驱物溶液中的锰盐及银盐，
使锰盐及银盐在纤维素纤维基材间析出(步骤S104)。
然后，加入一硫酸溶液并调整溶液的pH值至介于7至8之间(步骤
S105)。借此，使催化剂具有中孔洞，以增加催化剂的比表面积。
最后，以去离子水冲洗催化剂表面，并在60℃下烘干四小时(步骤
S106)。即完成了臭氧及甲醛分解材料的制备。
实施例三(锰铜铈触媒)
首先，提供一纤维素纤维基材(步骤S101)，纤维素纤维基材具有多
孔性及良好的吸水性质。
接着提供0.5M、100ml之Mn(CH3COO)2、0.3M、50ml之Cu(NO3)2、
0.2M、50ml之Ce(NO3)3(步骤S102)。
然后，将三种催化剂前驱物溶液分别以初湿含浸方式担载在纤维素纤
维基材上，使催化剂前驱物溶液中的锰盐、铜盐及铈盐担载于纤维素纤维
基材(步骤S103)。由于纤维素纤维基材具有良好的吸水性，因此催化剂
前驱物溶液中的金属盐类可均匀地分布在纤维素纤维基材上。
然后加入0.5M、300ml之K2S2O8以使前驱物溶液中的金属盐类之氧
化物，在纤维素纤维基材间析出(步骤S104)。然后，加入一硫酸溶液并
调整溶液的pH值至介于7至8之间(步骤S105)。借此，使催化剂具有
中孔洞，以增加催化剂的比表面积。
最后，以去离子水冲洗催化剂表面，并在60℃下烘干四小时(步骤
S106)。即完成了臭氧及甲醛分解材料的制备。
比较例一
首先，提供一纤维素纤维基材(步骤S101)，纤维素纤维基材具有多
孔性及良好的吸水性质。
接着，提供一0.5M的KMnO4(步骤S102)。
然后，以初湿含浸方式将催化剂前驱物溶液担载于纤维素纤维基材
上，使催化剂前驱物溶液中的锰盐担载于纤维素纤维基材(步骤S103)。
由于纤维素纤维基材具有良好的吸水性，因此催化剂前驱物溶液中的锰盐
可均匀地分布在纤维素纤维基材上。
接着，加入0.2M乙二醇以还原催化剂前驱物溶液中的锰盐，使锰盐
在纤维素纤维基材间析出(步骤S104)。
最后，以去离子水冲洗催化剂表面，并在60℃下烘干四小时(步骤
S106)。即完成了臭氧及甲醛分解材料的制备。
接着，请参考图2，图2为本发明一实施例所揭露的臭氧及甲醛分解
效率测试系统。臭氧及甲醛分解效率测试系统10包含一臭氧及甲醛进样
口11、一加湿系统12、一空气进样口13、一混合区14、一多向阀15、一
反应器16、一侦测器17以及一高温炉18。臭氧及甲醛进样口11用以通
入臭氧及甲醛。加湿系统12用以通入水气。空气进样口13用以通入空气。
混合区14分别与臭氧及甲醛进样口11、加湿系统12、空气进样口13以
及多向阀15相连通。借此，由臭氧及甲醛进样口11通入的臭氧及甲醛、
由加湿系统12通入的水气以及由空气进样口13通入的空气可在混合区14
进行混合后，再进入多向阀15。因此，使用者可以调整臭氧及甲醛分解效
率测试系统10的测试环境，例如臭氧及甲醛的浓度或者是湿度。多向阀
15分别连接反应器16以及侦测器17，而反应器16的另一端连接侦测器
17。其中，使用者可将所欲测试的臭氧及甲醛分解材料置入反应器16中，
并通过侦测器17来侦测臭氧及甲醛的浓度。借此，自多向阀15至侦测器
17构成一第一侦测路径，而自多向阀15经由反应器16至侦测器17构成
一第二侦测路径。第一侦测路径可侦测臭氧及甲醛的一原始浓度C1，而
第二路径可侦测臭氧及甲醛被臭氧及甲醛分解材料分解后的一残余浓度
C2。因此，臭氧及甲醛分解材料的臭氧或甲醛分解效率可定义如下：
臭氧或甲醛分解效率＝[1-(C2/C1)]×100％。
高温炉18与侦测器17相连通，高温炉18可将自侦测器17流出的残
余臭氧及甲醛分解，以避免臭氧及甲醛对周遭环境造成影响。
借此，使用者可改变反应器16的臭氧及甲醛分解材料，以分析不同
臭氧及甲醛分解材料的臭氧及甲醛分解效率。
分别将实施例一、实施例二及实施例三的臭氧及甲醛分解材料、比较
例一的臭氧及甲醛分解材料以及未担载催化剂的空白纤维素纤维基材放
置于臭氧及甲醛分解效率测试系统10。
实施例一、实施例二、实施例三的臭氧及甲醛分解材料、比较例一的
臭氧及甲醛分解材料以及未担载催化剂的空白纤维素纤维基材在臭氧分
解之效率之比较，其中实施例一、实施例二及实施例三的臭氧及甲醛分解
材料，在测试期间内均可以维持＞99％的臭氧分解效率，其中实施例二及
实施例三的臭氧及甲醛分解材料的测试时间均大于100小时。也就是说，
使用了锰及其它过渡金属(银和铜及铈)的臭氧及甲醛分解材料也具
有＞99％的臭氧分解效果。另一方面，比较例一的臭氧及甲醛分解材料在
与实施例一、实施例二与实施例三的臭氧及甲醛分解材料相同的测试条件
下，虽然可在7小时内维持在大于99.0％的臭氧分解效率，但是比较例一
的臭氧及甲醛分解材料无法长时间维持大于99.0％的臭氧分解效率。在测
试时间超过7小时后，比较例一的臭氧及甲醛分解材料的臭氧分解效率明
显地下降。相比于比较例一的臭氧及甲醛分解材料，由于实施例一、实施
例二及实施例三的臭氧及甲醛分解材料的催化剂具有中孔洞，因而可长时
间维持＞99％的臭氧分解效率。
而在甲醛分解之测试方面，比较例一的臭氧及甲醛分解材料在与实施
例一、实施例二与实施例三的臭氧及甲醛分解材料相同的测试条件下进行
甲醛分解测试，比较例一的臭氧及甲醛分解材料在开始的在0.5小时内维
持在大于20.0％的甲醛分解效率，在测试时间超过7小时后，比较例一的
甲醛分解效率明显地下降至低于10％以下。
实施例一、实施例二及实施例三的臭氧及甲醛分解材料，在测试期间
内分别维持在68％、70％及＞95％的甲醛分解效率，其中实施例二及实施例
三的臭氧及甲醛分解材料的测试时间均大于100小时。比较实施例一及实
施例二之材料，其分解甲醛之效率差异不大，显示添加银的臭氧及甲醛分
解材料(实施例二)对于甲醛分解之效率没有明显提升。实施例三的臭氧及
甲醛分解材料则添加铜盐及铈盐为前驱物，而比较实施例一、实施例二及
实施例三，实施例三的臭氧及甲醛分解材料对于甲醛分解之效率明显高于
实施例一及实施例二，显示添加铜盐及铈盐有助于臭氧及甲醛分解材料对
甲醛之分解。
而空白的纤维素纤维基材在与实施例一、实施例二及实施例三的臭氧
及甲醛分解材料在相同的测试条件下进行测试时，由于纤维素纤维基材本
身有吸附作用，因此在进行测试的前几分钟内，纤维素纤维基材吸附臭氧
及甲醛的效率可达21％及10％。然而，由于纤维素纤维基材吸附的量达到
饱和，因而在测试时间超过4～5分钟后纤维素纤维基材无法再吸附臭氧及
甲醛，使得吸附臭氧及甲醛的效率迅速下降至0％。
实施例一、实施例二及实施例三的臭氧及甲醛分解材料与比较例一的
臭氧及甲醛分解材料的差异在于是否有将催化剂刻蚀出孔洞。实施例一、
与实施例二和实施例三的臭氧及甲醛分解材料的差异则在于实施例一只
有锰盐为前驱物，而实施例二及三则有添加锰盐以外的第二种或第三种过
渡金属盐类当前驱物。
实施例一、实施例二与实施例三的臭氧及甲醛分解材料与比较例一的
臭氧及甲醛分解材料与空白纤维素纤维基材进行臭氧及甲醛分解测试或
吸附测试的条件及测试结果如下表所示。
综上所述，本发明实施例的臭氧及甲醛分解材料与比较例在臭氧分解
效率之比较上，因为实施例的催化剂有刻蚀出孔洞而具有较大的表面积，
因此臭氧滞留0.2秒即可达到较高的臭氧分解效率，确实具有较好的臭氧
分解效果(即大于99.0％的臭氧分解效率)。而在甲醛分解效率比较上，
因为实施例二与实施例三均有添加其它金属盐类当前驱物，甲醛分解之效
率优于实施例一，而实施例三之甲醛分解效率则更优于实施例二。
根据本发明实施例所揭露的臭氧及甲醛分解材料及其制备方法，由于
是通过初湿含浸的方式将催化剂前驱物溶液中的锰盐及其它金属盐类担
载在纤维素纤维基材上，因此制备催化剂的过程中不需经过高温的程序。
此外，本发明是通过将锰盐及其它金属盐类氧化或还原的方式使锰盐在纤
维素纤维基材的表面析出。借此，所制成的臭氧及甲醛分解材料不需使用
黏着剂即可将锰盐及其它金属盐类与纤维素纤维基材的表面结合。因此解
决了黏着剂会降低催化剂表面可以分解臭氧及甲醛活性面积，进而降低了
分解臭氧及甲醛的效率的问题。
此外，本发明实施例所揭露的臭氧及甲醛分解材料，由于使用了酸溶
液或碱溶液以将催化剂刻蚀出孔洞，因此增加了催化剂的表面积，进而提
升了臭氧及甲醛分解材料的臭氧分解效率，并且使臭氧及甲醛分解材料可
长时间维持较高的分解效率。