Interiérová barva Titanium IN – proces fotokatalýzy a viry

Ale co je to vlastně fotokatalýza? Co jsou to fotokatalyzátory?  

Na tyto otázky odpověděl prof. Ph.D. inženýr Antoni Morawski z katedry anorganické chemické technologie a environmentálního inženýrství Západopomořanské technické univerzity ve Štětíně.

– Podle definice – fotokatalýza je změna rychlosti chemické reakce nebo její iniciace působením ultrafialového a/nebo viditelného záření za přítomnosti látky (fotokatalyzátoru), která záření absorbuje a umožňuje oxidačně-redukční chemikálii reakce, která probíhá na povrchu, např. mezi kyslíkem ze vzduchu a adsorbovanými kontaminanty, což mohou být také patogenní mikroorganismy. Hydroxylové radikály vznikající na povrchu fotokatalyzátoru mají vyšší oxidační potenciál než ozón, což je důležité pro dezinfekci.

Je to nový objev? Možná to ještě nebylo dostatečně zkontrolováno?

– Schopnost oxidu titaničitého (TiO 2 ) působit jako fotokatalyzátor je známá již několik desetiletí (přesně 1921). Tato funkce ale nebyla dlouhá léta příliš doceněna. Zájem o využití fotokatalytických vlastností TiO 2 se znovu objevil, když v roce 1972 Fujishima a Honda publikovali článek o fotoelektrolýze vody. Tato činnost byla brzy použita jak pro oxidaci znečišťujících látek, čištění odpadních vod, čištění pitné vody, tak úpravu vody. pro průmyslové mytí zeleniny. K dezinfekci vzduchu byly použity filtry potažené oxidem titaničitým. Mnoho následných studií prokázalo užitečnost fotokatalýzy pro dezinfekci vody, včetně ničení bakterií. Byly objeveny potenciální schopnosti ničit rakovinné buňky. Novinkou je však využití výhod TiO 2 v nátěrových hmotách.

A co viry? Teď je to takové aktuální téma.

– V poslední době vyšlo na toto téma mnoho publikací. Například Japonci ve své práci Fotokatalytická inaktivace chřipkového viru tenkým filmem oxidu titaničitého prokázali inaktivaci chřipkového viru fotokatalýzou pomocí nanočástic TiO ₂ (R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A Fujishima, K. Sunada, M. Minoshima, K. Hashimoto, Y. Kubota - "Photochemical and Photocatalytical Science", 2012).

Podobně bylo v práci Extermination of chřipkového viru H1N1 novým fotokatalyzátorem indukovaným viditelným světlem pod fluorescenčním světlem (Sei-Young Choi Bongrae Cho - "Virus Research", 2018) potvrzeno, že fotokatalyzátor na bázi TiO ₂ s tzv. přidání přechodných kovů (železo, hořčík a mangan) prokázalo antivirovou aktivitu proti viru chřipky H1N1. Během testování byl virus eliminován o více než 99 % během 30 minut. Jak bylo uvedeno - " bylo by žádoucí použít tento fotokatalyzátor k dezinfekci, aby se snížil přenos viru kapénkami a aerosoly a také povrchovým kontaktem ." E.A.A.Kozlov et al., v publikaci Inactivation and Mineralization of Aerosol Deposited Model Patogenic Microorganisms over TiO ₂ and Pt/TiO ₂ (Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) dokázali, že na čistém TiO ₂ po 30 minutách ozáření zářením UVA vede k 90% inaktivaci viru chřipky A (H3N2) a na TiO ₂ modifikovaném platinou - 99,8% inaktivaci tohoto viru.

Rozsáhlý výzkum v jiné práci provedli také R. Nakano, M. Hara, H. Ishiguro, Y. Yao, T. Ochiai, K. Nakata, T. Murakami, J. Kajioka, K. Sunada, K. Hashimoto, A. Fujishima, Y. Kubota ( Broad Spectrum Microbicidal Activity of Photocatalysis by TiO ₂ – Catalysts, 2013). Mezi ostatními studoval grampozitivní bakterie, např. methicilin-rezistentní Staphylococcus aureus vankomycin-rezistentní Enterococcus faecalis a Streptococcus pneumoniae , které byly snadno inaktivovány fotokatalýzou, zatímco některé gramnegativní bakterie, např . rezistentní vůči mnoha lékům byly postupně deaktivovány. Během testů byly také inaktivovány chřipkový virus (obalený virus) a kočičí kalicivirus (neobalený virus).

Výše uvedené výzkumy (a mnohé další) jednoznačně potvrzují, že fotokatalyzátory jsou účinnou metodou proti mnoha škodlivým patogenům a ve světě se v tomto směru intenzivně pracuje.

Zmínil jste, že malované stěny mohou pomoci chránit vaše zdraví? Není to chyba?

– Povrchy kontaminované mikroorganismy představují hrozbu pro lidi žijící mezi nimi. Na stěnách a nábytku se hromadí roztoči, bakterie, viry a plísně. To má za následek astma, alergie a infekce. To platí jak pro obytné prostory, tak pro zdravotnická zařízení. Množství informací dostupných v literatuře prokazuje účinnost fotokatalytického TiO ₂ při deaktivaci různých mikroorganismů, včetně bakterií, virů, hub a kvasinek.

Infekční onemocnění způsobená bakteriemi odolnými vůči antimikrobiálním látkám se stávají jedním z hlavních problémů při používání antibiotik na celém světě. Přežívání těchto mikroorganismů na lékařských površích a přístrojích vede k přenosu nozokomiálních nákaz. Předpokládá se, že nozokomiální patogeny přispívají k mnoha úmrtím.

Po celém světě se vyvíjí mnoho pokročilých technologií ke snížení mikrobiální zátěže v nemocničním prostředí. Neustále se vyvíjejí nové strategie prevence souvisejících infekcí, včetně: hygienické postupy využívající nové kapalné biocidy nebo bezdotykové technologie, potahování dezinfekčních povrchů kovy (měď, stříbro) nebo světlem aktivovanými katalyzátory, jako jsou nanočástice TiO ₂.

Výzvy související s infekcemi ve zdravotnictví a nárůstem šíření bakterií odolných vůči antimikrobiálním látkám zapojují vědce do výzkumu této oblasti nanotechnologií a fotokatalýzy jako nového zdroje zlepšení nemocniční hygieny.

Bylo také zjištěno, že materiály, které jsou ve své základní formě inertní, jsou reaktivní, pokud jsou přítomny ve formě nanočástic, a v případě oxidu titaničitého je aktivita vyšší v UV a viditelném záření. Očekává se, že fotokatalyzátory budou široce používány proti mnoha škodlivým patogenům.

Využití skvělého fotokatalytického efektu TiO ₂ s tvorbou silného oxidantu na povrchu ve formě hydroxylového radikálu je technologicky proveditelná technologie a jeho výroba v průmyslovém měřítku je poměrně snadná a levná.

Nejjednodušším a zároveň velmi účinným způsobem je natírání stěn a stropů barvou obsahující fotokatalyzátor.

 Nejsou ale taková opatření škodlivá? Pro člověka, životní prostředí?

– V případě tradičních metod, např. dezinfekce sloučeninami chloru, je to spojeno s výskytem karcinogenních vedlejších produktů dezinfekce Cl ₂ . Změny v předpisech o kvalitě vody vedly k většímu důrazu na alternativní dezinfekční mechanismy. Využití ozónu je poměrně problematické kvůli nutnosti mít levný generátor ozónu a velmi krátké „životnosti“ ozónu (krátký poločas rozpadu), který trvale nechrání životní prostředí.

Oxid titaničitý TiO ₂ ve stavebních materiálech (stěny, stropy, podlahy atd.) přirozeně méně zatěžuje životní prostředí. Fotoaktivní materiály adsorbují škodliviny a mikroorganismy na svém povrchu a následně se vlivem UV záření a viditelného záření dostupného i v běžných žárovkách inaktivují nebo rozkládají na oxid uhličitý a vodu. Fotoaktivní materiály neuvolňují do prostředí toxické vedlejší produkty (jako typické chemické přípravky) a zajišťují účinnou a nepřetržitou dezinfekci prostředí.

Jak můžeme tyto objevy využít v našem každodenním životě? Pokud takové povrchy, stěny a stropy pokryté fotokatalytickými barvami efektivně fungují ve zdravotnictví, budou fungovat i v obytných prostorách? Mohou pomoci snížit infekce v bytech?

– Fotokatalytické povrchy mohou být superhydrofilní, což znamená, že se voda šíří po povrchu a umožňuje smývání nečistot, např. v komerčních aplikacích používaných k výrobě samočistících oken (např. San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ a Sunclean™) a takových skleněných krytů pro lampy na osvětlení tunelů. Samozřejmě se jedná o transparentní nátěry.

Fotokatalyzátor lze použít k nátěru stěn, stolů a dalších povrchů, aby se snížily infekce spojené s infekcí prostřednictvím nepřímého kontaktu. Obklady (dlaždice a spárovací hmoty) potažené TiO ₂ jsou také účinným samočisticím a dezinfekčním materiálem. Infekci viry chřipky šířené kapénkami (kašel, kýchání) lze omezit v uzavřených prostorách jejich adsorbováním na fotoaktivní povrchy.

Pokrytí stěn a stropů barvou obsahující fotokatalyzátor tedy může účinně omezit šíření mikroorganismů, včetně patogenních, jak je uvedeno výše v krátkém seznamu popisů literatury.

Nejsou takové fotokatalytické produkty příliš složité na použití?

– Fotokatalytické barvy se snadno používají. Nevyžadují použití speciálních aplikačních technologií ani speciálního vybavení. Nátěry se provádějí tradičními metodami, pomocí štětce, válečku nebo nástřiku. Vzhledem k tomu, že jsou rozpustné ve vodě, není problém ani se zápachem a zařízení lze omýt vodou.

Autorem textu je PIGMENT, výrobce fotokatalytických barev s obchodním názvem TITANIUM®. Zveme vás k prohlédnutí naší nabídky Titanium IN , nyní za novou, nižší cenu.