【新型コロナ対策】光触媒マスクとは?ウイルスへの効果とメリット・デメリットを光触媒のしくみから解説!

新型コロナ対策

こんにちは。
新型コロナウイルスの影響で「光触媒マスク」の注文が殺到しているそうです。
「光触媒」ってなんだか効果がありそうだけど、一体どんなものなの?と疑問に思いますよね。
この記事では、
・光触媒のしくみとウイルスへの効果
・光触媒マスクのメリット・デメリット

について解説します!

光触媒のしくみとウイルスへの効果

光触媒とは

光触媒を一言で言うと、
光が当たることで化学反応を促進するものです。
光触媒の代表的なもので、最もよく使われているのは二酸化チタンTiO2という物質です。
では、この二酸化チタンがどのようにウイルスを分解するのかをみていきます。

光触媒による分解のしくみ

光触媒によるウイルスの分解は、段階的な反応によって起こります。

簡単に言うと、「ジャイアンがスーパージャイアンを生む」という感じです。

①「電子(-)」と「正孔(+)」に分かれる(ジャイアンの誕生)
まず、光触媒に光が当たることで、光触媒の表面でマイナスの電荷を帯びた「電子」が飛び出します(励起状態)。
マイナスの電子が抜けた穴は「正孔」と呼ばれ、相対的にプラスの電荷を帯びています。

この電子と正孔がジャイアンだとすると、 2人のジャイアンはそれぞれに酸化還元反応を起こすのです。

相手に電子を与えることを、相手を「還元する」、相手から電子を奪うことを、相手を「酸化する」といいます。

②電子(-)の反応
電気的にマイナスを帯びた電子(ジャイアン)は、周りの物質と結合して安定しようとします。つまり、「おいのび太、電子やるよ」と周りの物質に電子を与える「還元力」を持ちます。

ここで、光触媒マスクをイメージすると、周りには空気がたくさんありますね。 電子が空気中の酸素分子O2を還元(電子を与える)すると、酸素O2は電子(-)を一つ受け取ってO2-(スーパーオキシドアニオンラジカル)になります。

③正孔(+)の反応
電気的にプラスを帯びた正孔(ジャイアン)は、周りの物質から電子を奪って安定しようとします。つまり、「おいのび太、電子よこせ」と周りの物質から電子を奪う「酸化力」を持ちます。

正孔が空気に含まれる水蒸気の中の水酸化物イオンOH-を酸化(電子を奪う)すると、水酸化物イオンOH-は電子を一つ失って・OH(ヒドロキシラジカル)になります。

(「・」は電子)

④ウイルスを分解する(スーパージャイアンが電子を奪う)
上の反応で「スーパーオキシドアニオンラジカル」と「ヒドロキシラジカル」が発生しました。 「ラジカル」というのは「不対電子」、つまりペアとなる電子がいない「ひとりぼっちの電子」を持つ分子やイオンのことです。

分子やイオンでは電子がペアになって存在するのが普通です。そのため、ペアとなる電子がほしいラジカルは、周りの物質から電子を奪う力(酸化力)がとても強いです。 その酸化力は最初のジャイアンよりも上ですので、いうなればスーパージャイアンです。

ラジカル(スーパージャイアン)はこの強力な酸化力でウイルスから電子を奪って、ウイルスの感染する力を失わせる(分解する)のです。

まとめると、
①光触媒が+と-に分かれる
②③酸素や水と反応する
④生成した物質がウイルスを分解する

という流れになります。

光触媒マスクのメリット・デメリット

では、この光触媒を使った「光触媒マスク」のメリット・デメリットにはどんなものがあるのでしょうか。

光触媒マスクのメリット

分解対象を選ばない

光触媒マスクは酸化によって周りの物質を分解するので、ウイルスに限らず、細菌、花粉、臭いやその他有害物質も分解することが期待できます。 「特定のウイルスにしか効かない」ということもないので、安心して使うことができますね。

繰り返し使える

「触媒」とは、反応を促進するが、自分自身は変化しないものを指します。
先ほどの反応に戻りますと、光触媒は+と-に分かれて、一方では電子(-)を受け取り、もう一方では電子(-)を与えているので、結果的に光触媒自身は変化していないのです。
そのため、また同じ反応を繰り返すことができるので、光触媒マスクは何度も繰り返し使えるものが多いです(ただし、やはり反応によって少しずつ劣化しますので、効果は薄れていきます)。
マスクが手に入りにくい今、繰り返し使えることは大きなメリットですね。

光触媒マスクのデメリット

分解に時間がかかる

光触媒マスクは確かにウイルスを分解する力を持ちますが、分解は徐々に進むため、ウイルスがマスクに触れた瞬間に感染力を完全になくすわけではありません。

紫外線でないと反応しない(※二酸化チタンの場合)

二酸化チタンは「紫外線」によって反応を起こすため、室内や暗い場所では効果が薄くなってしまいます。
そのため、屋外でウォーキングをするときや公園で遊ぶときなどは大きな効果を発揮しますが、スーパーで買い物をするときには普通のマスクとあまり変わらない状態になってしまいます。
これは二酸化チタン最大の欠点とも言えます。

この欠点を克服するため、他の光触媒の研究が進められていたのですが、今年になって小松マテーレという会社が室内の光でも使える光触媒素材(ウイルスシールド)を開発したそうです!
(光触媒として一般的な二酸化チタンではなく「酸化タングステン」を使ったもの)

このウイルスシールドを使ったマスクインナーが今年3月から販売されています。

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感想(101件)

ちなみにうちでも使っています。

まとめ

・光触媒はウイルスを含む有害物質全般に効果があり、繰り返し使える
・ただし分解には時間がかかり、製品によっては使う状況を選ぶ

まだまだマスクが手に入りにくい今日この頃ですが、光触媒マスクも選択肢に入れてみてはいかがでしょうか。

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