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.
