styczeń 2022

Fotokataliza

Fotokatalityczne systemy oczyszczania powietrza stanowią obecnie dynamicznie rozwijający się trend. Wspomniane rozwiązanie idealnie sprawdza się w usuwaniu niepożądanych zapachów np. w toaletach publicznych, szpitalach czy nawet w układach klimatyzacji samochodowej. Unikalna technika aktywacji powierzchni pokrytych dwutlenkiem tytanu, za pomocą promieni UV pozwala wygenerować w powietrzu silnie aktywne cząstki tlenu i jego związków. Cząstki te posiadają silne właściwości utleniające, które są wykorzystane do skutecznego rozkładu związków organicznych, takich jak oleje, tłuszcze, cząstki spalin silnikowych, gazy o niepożądanym zapachu, a nawet mikroorganizmy: pleśnie, grzyby, bakterie, wirusy. Dzięki zastosowaniu fotokatalitycznego mechanizmu uzdatniającego zanieczyszczone powietrze, możemy w szybki, efektywny i ekologiczny sposób, oczyścić powietrze – wpływając tym samym na komfort oraz zdrowie przebywających w pomieszczeniach.

Mechanizm działania fotokatalizy

Fotokataliza przyspiesza reakcje chemiczne zachodzące przy udziale światła. Jednym z najbardziej znanych fotokatalizatorów jest dwutlenek tytanu (TiO2). Ze względu na swoje unikatowe właściwości TiO2 jest najbardziej efektywnym w działaniu.
TiO2 jest półprzewodnikiem. Światło padające na jego krystaliczne nanocząstki powoduje przemieszczenie się elektronów z powłoki walencyjnej do pasma przewodnictwa. Dzięki temu na powierzchni TiO2 powstają elektrony, które łącząc się z tlenem z powietrza tworzą aktywne formy tlenu. Na powierzchni TiO2 tworzą się też dziury elektronowe. Te z kolei po połączeniu z parą wodną oraz wodą tworzą rodniki wodorotlenowe. W zależności od panujących warunków, rodniki •OH, •O2ˉ, H2O2 lub •O2 odgrywają główną rolę w mechanizmie reakcji fotokatalitycznej. Powstający rodnik wodorotlenowy posiada bardzo silne właściwości utleniające, dzięki czemu może rozkładać wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia organiczne.

Fotokatalityczny rozkład wirusów, bakterii, związków organicznych odbywa się głównie poprzez utlenianie chemiczne zainicjowane przez reaktywne cząstki tlenu generowanych na powierzchni fotokatalizatora i dyfundujące do otaczającego środowiska.
Mechanizm dezynfekcji polega na rozkładzie błony komórkowej mikroorganizmów prze wytworzone reaktywne cząstki tlenu.
Proces ten zachodzi w kilku kolejnych etapach:
1. Po wzbudzeniu fotokatalizatora-kryształów TiO2, przez światło wytwarzane są pary elektron/dziura (e−/h+) przenoszące ładunki elektryczne na powierzchnię.
2. Dziury w pasmie walencyjnym reagują z zaabsorbowanymi na powierzchni cząstkami OH− lub H2O generując rodniki hydroksylowe (•OH), które następnie utleniają substancje chemiczne występujące w zanieczyszczeniach organicznych docierających do powierzchni.
3. Elektrony w pasmie przewodnictwa, reagują z O2, wytwarzając wysoce reaktywne rodniki (•O2−, •OH2, i •OOH), które inicjują reakcje, prowadząc do zniszczenia zanieczyszczeń organicznych adsorbowane na powierzchni fotokatanalizatora.

TiO2 może poprzez fotokatalizę rozkładać zanieczyszczenia wody i powietrza. Końcowymi produktami takiej degradacji są dwutlenek węgla, woda i ewentualnie proste aniony nieorganiczne. Powierzchnie pokryte TiO2 uzyskują pełnię możliwości dopiero po pewnym czasie tj. po zaabsorbowaniu odpowiedniej dawki energii świetlnej niezbędnej do aktywacji elektronów. Czysty dwutlenek tytanu ma jedną poważną wadę – pochłania tylko promieniowanie ultrafioletowe. Zatem efekt fotokatalityczny może zajść tylko podczas naświetlania takim właśnie światłem. Jednym z kierunków badań jest uzyskanie fotokatalizatorów na bazie TiO2, które byłyby aktywne również podczas naświetlania światłem widzialnym.

Cel ten osiągnięto w ZMM MAXPOL domieszkując dwutlenek tytanu azotem.

Uzyskano fotokatalizator wykazujący swoją aktywność w zakresie światła UVC o długości fali 380 nm. A więc w obszarze bliskim światła widzialnego.

Zimna plazma: technika jonizacji powietrza na skutek wytworzenia efektu zimnej plazmy w silnym polu elektrycznym, pozwala na uzyskanie aktywnych cząstek o silnych właściwościach utleniających.

Mechanizm działania technologii zimnej plazmy

Jonizacja bipolarna powstaje, gdy źródło napięcia zmiennego (AC) podawane jest do dwóch elektrod generatora zimnej plazmy, stanowiącego drugi funkcjonalny zespół sterylizatora powietrza. Między elektrodami wytwarzane jest pole elektryczne, z którego emitowane są jony dodatnie i ujemne. Jednak, podobnie jak w przyrodzie, jonizacji powietrza nie widać, ale jej obecność powoduje, że „górskie powietrze” odczuwamy jako świeże. Jony takie występują naturalnie szczególnie na szczytach gór i w wodospadach, gdzie występuje produkcja zarówno jonów dodatnich jak i ujemnych. Podobnie jest w sterylizatorze marki Hagsen. Taki system ma znaczące zastosowania komercyjne. Strumień powietrza, przepływający wokół elektrod, zawiera wytwarzane jony H+ i O2- i rozprowadza do wszystkich przestrzeni pomieszczeń.

Uwalnianie jonów z generatora zimnie plazmy – Jony są takimi samymi jonami jak te, które występują naturalnie w przyrodzie – wytwarzane są podczas wyładowań atmosferycznych.
Dodatnie i ujemne napięcie doprowadzane jest do elektrod rozładunkowych, gdzie wytwarza się zimna plazma, powodująca rozszczepienie cząstek tlenu i wody znajdującej się w parze wodnej. W ten spsób powstają dodatnio naładowane jony wodoru(H)+ i ujemnie naładowane jony tlenu O2-.

Technologia ta polega na nano-wymiarowowym, elektrostatycznym rozpylaniu cząstek wody zawierającej rodniki OH.
W przeciwieństwie do większości systemów oczyszczania powietrza, bipolarne jony poszukują cząstek stałych i zanieczyszczeń, w tym zarazków i nie czekają, aż zanieczyszczenia przedostaną się do filtra w urządzeniu oczyszczającym. Zamiast tego naładowane jony trafiają do zanieczyszczeń w przestrzeni otaczającej tak jak w naturze i robią to w sposób ciągły i z ciągłą dezynfekcją. Te dodatnio i ujemnie naładowane jony mają wpływ na cząsteczki kurzu, alergeny, lotne związki organiczne, zapachy i bakterie, wirusy, pleśnie i zarodniki pleśni. Przeciwnie naładowane jony absorwowane są na powierzchniach zanieczyszczeń, powodując wzajemne ich przyciąganie i aglomerację. Powstają dwie ciężkie cząstki, które z łatwością opadają na podłogę, znikając z atmosfery, którą oddychamy.

Wpływ sterylizatora HAGSEN na mikroorganimy

Negatywne i pozytywne jony, które są generowane przez generator zimniej plazmy, są zaprojektowane tak, że powodują przekształcenie zwykłego tlenu w reaktywne cząstki tlenu (ROS) oraz rodniki hydroksylowe, które są bardzo niestabilne i reaktywne. Aby przekształcić się w cząstkę stabilną, jaką jest woda, potrzebują odebrać z innej cząstki organicznej wodór. Cząstkami tymi są: pleśń, bakterie i alergeny. W rezultacie są one inaktywowane przez odcięcie białka na błonie komórkowej, co powoduje jej perforację, a tym samym niszczenie organizmu. Rodniki OH natychmiast łączą się z usuniętym wodorem(H), tworząc parę wodną (H2O), która wraca do atmosfery.

Bipolarna jonizacja zabija mikroorganizmy nie uszkadzając DNA człowieka we wnętrzu komórek i w przeciwieństwie do innych czynników fizycznych i chemicznych, takich jak promieniowanie UV, radioaktywność i użycie żrących substancji chemicznych, bipolarna jonizacja jest całkowicie bezpieczna dla środowiska. Jony te niszczą strukturę powierzchni wirusa, na przykład jego koperty i kolce, na poziomie molekularnym. W rezultacie wirus nie może zainfekować nawet jeśli dostanie się do organizmu. Technologia bipolarnej jonizacji medycznego sterylizatora powietrza marki Hagsen osiąga te korzyści poprzez tworzenie systemu nasycania przestrzeni odpowiednimi ilościami jonów biopolarnych, aby zapewnić możliwość wystąpienia tych reakcji.

Jedną z zalet stosowania technologii Hagsen jest to, że nie wymaga ona ciągłej regulacji ani konserwacji. W badaniach laboratoryjnych system wykazał znaczne możliwości redukcji zanieczyszczeń. Aktywny proces nasycania przestrzeni jonami w celu dotarcia do źródła zanieczyszczeń wykazuje dużą skuteczność w porównaniu z pasywnymi technologiami, które muszą doprowadzić zanieczyszczenie do urządzenia, na które ma ono wpływ. Systemy Hagsen wykazały dobrą wydajność na cząsteczkach kurzu, lotnych związkach organicznych i mikroorganizmach zarówno w powietrzu jak i na powierzchniach.

Wirus rozprzestrzenia się poprzez bezpośredni i pośredni kontakt, ciągła aplikacja jonów biopolarnych emitowanych do otaczającego powietrza przez system bipolarnej jonizacji medycznego sterylizatora marki Hagsen – nieustannie dezynfekuje zarówno przestrzeń oddechową jak i powierzchnie. Jest to najbardziej efektywny system do ciągłego czyszczenia powietrza w pomieszczeniach.

Elektrostatycznie rozpylone cząsteczki wody , które są mniejsze od cząsteczek pary wodnej, przenikają do najgłębszych części włókien, pozwalając na wysoce efektywne dezodoryzację. Rodniki •OH docierają do źródeł samych zapachów i tłumią je do stanu ledwo wyczuwalnego.