Innenfarbe aus Titan IN – Photokatalyseprozess und Viren

Aber was ist Photokatalyse eigentlich? Was sind Photokatalysatoren?  

Diese Fragen beantwortete Prof. Ph.D. Ingenieur Antoni Morawski vom Fachbereich Anorganische Chemietechnik und Umwelttechnik der Westpommerschen Technischen Universität in Stettin.

– Gemäß der Definition ist Photokatalyse eine Änderung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion oder ihrer Auslösung unter Einwirkung von ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung in Gegenwart einer Substanz (Photokatalysator), die die Strahlung absorbiert und die Oxidations-Reduktions-Chemikalie ermöglicht An der Oberfläche findet eine Reaktion statt, z. B. zwischen Luftsauerstoff und adsorbierten Schadstoffen, bei denen es sich auch um pathogene Mikroorganismen handeln kann. Auf der Oberfläche des Photokatalysators erzeugte Hydroxylradikale haben ein höheres Oxidationspotential als Ozon, was für die Desinfektion wichtig ist.

Ist das eine neue Entdeckung? Vielleicht wurde es noch nicht ausreichend überprüft?

– Die Fähigkeit von Titandioxid (TiO 2 ), als Photokatalysator zu wirken, ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt (genauer gesagt seit 1921). Diese Funktion wurde jedoch viele Jahre lang nicht sehr geschätzt. Das Interesse an der Nutzung der photokatalytischen Eigenschaften von TiO 2 erwachte erneut, als 1972 von Fujishima und Honda ein Artikel über die Photoelektrolyse von Wasser veröffentlicht wurde. Diese Aktivität wurde bald sowohl zur Oxidation von Schadstoffen als auch zur Abwasserbehandlung, Trinkwasseraufbereitung und Wasseraufbereitung genutzt für die industrielle Gemüsewäsche. Zur Desinfektion der Luft wurden mit Titandioxid beschichtete Filter eingesetzt. Viele nachfolgende Studien haben den Nutzen der Photokatalyse für die Wasserdesinfektion, einschließlich der Zerstörung von Bakterien, gezeigt. Es wurden potenzielle Fähigkeiten zur Zerstörung von Krebszellen entdeckt. Neu ist jedoch die Nutzung der Vorteile von TiO 2 in Lackbeschichtungen.

Was ist mit Viren? Das ist ja so ein aktuelles Thema.

– Zu diesem Thema sind in letzter Zeit zahlreiche Veröffentlichungen erschienen. Beispielsweise demonstrierten die Japaner in ihrer Arbeit Photocatalytic inactivation of influenza virus by Titanium Dioxide Thin Film die Inaktivierung des Influenzavirus durch Photokatalyse unter Verwendung von TiO2- _{Nanopartikeln} (R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A . Fujishima, K. . Sunada, M. Minoshima, K. Hashimoto, Y. Kubota – „Photochemical and Photocatalytical Science“, 2012).

In ähnlicher Weise wurde in der Arbeit Extermination of influenza virus H1N1 by a new sichtbares Licht induzierter Photokatalysator unter Fluoreszenzlicht (Sei-Young Choi Bongrae Cho – „Virus Research“, 2018) bestätigt, dass der Photokatalysator auf TiO ₂ mit dem Die Zugabe von Übergangsmetallen (Eisen, Magnesium und Mangan) zeigte eine antivirale Aktivität gegen das H1N1-Influenzavirus. Beim Test wurde das Virus innerhalb von 30 Minuten zu über 99 % eliminiert. Wie bereits erwähnt: „ Es wäre wünschenswert, diesen Photokatalysator zur Desinfektion einzusetzen, um die Übertragung des Virus durch Tröpfchen und Aerosole sowie durch Oberflächenkontakt zu reduzieren .“ E.A.A.Kozlov et al. haben in der Veröffentlichung Inactivation and Mineralization of Aerosol Deposited Model Pathogenic Microorganisms over TiO ₂ and Pt/TiO ₂ (Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) dies an reinem TiO ₂ nach 30 Minuten Die Bestrahlung mit UVA-Strahlung führt zu einer 90-prozentigen Inaktivierung des Influenza-A-Virus (H3N2) und bei mit Platin modifiziertem TiO ₂ zu einer 99,8-prozentigen Inaktivierung dieses Virus.

Umfangreiche Forschungen in einer anderen Arbeit wurden auch von R. Nakano, M. Hara, H. Ishiguro, Y. Yao, T. Ochiai, K. Nakata, T. Murakami, J. Kajioka, K. Sunada, K. Hashimoto durchgeführt. A. Fujishima, Y. Kubota ( Breitspektrum-Mikrobizidaktivität der Photokatalyse durch TiO ₂ – Katalysatoren, 2013). Unter anderen untersuchten grampositive Bakterien, z. B. Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus Vancomycin-resistenter Enterococcus faecalis Streptococcus pneumoniae , die durch Photokatalyse leicht inaktiviert werden konnten, während dies bei einigen gramnegativen Bakterien, z. B. Escherichia coli und Pseudomonas aeruginosa der Fall war Resistenzen gegen viele Medikamente wurden nach und nach deaktiviert. Auch das Influenzavirus (umhülltes Virus) und das feline Calicivirus (unumhülltes Virus) wurden während der Tests inaktiviert.

Die oben genannten Untersuchungen (und viele andere) bestätigen eindeutig, dass Photokatalysatoren eine wirksame Methode gegen viele schädliche Krankheitserreger sind, und weltweit wird intensiv in diese Richtung gearbeitet.

Sie haben erwähnt, dass gestrichene Wände zum Schutz Ihrer Gesundheit beitragen können? Ist das nicht ein Fehler?

– Mit Mikroorganismen kontaminierte Oberflächen stellen eine Gefahr für die dort lebenden Menschen dar. An Wänden und Einrichtungsgegenständen sammeln sich Hausstaubmilben, Bakterien, Viren und Schimmel. Die Folge sind Asthma, Allergien und Infektionen. Dies gilt sowohl für Wohnräume als auch für Gesundheitseinrichtungen. Zahlreiche in der Literatur verfügbare Informationen belegen die Wirksamkeit von photokatalytischem TiO ₂ bei der Deaktivierung einer Vielzahl von Mikroorganismen, darunter Bakterien, Viren, Pilze und Hefen.

Infektionskrankheiten, die durch antimikrobiell resistente Bakterien verursacht werden, werden weltweit zu einem der Hauptprobleme beim Einsatz von Antibiotika. Das Überleben dieser Mikroorganismen auf medizinischen Oberflächen und Geräten führt zur Übertragung nosokomialer Erkrankungen. Es wird angenommen, dass nosokomiale Krankheitserreger zu vielen Todesfällen beitragen.

Weltweit werden zahlreiche fortschrittliche Technologien entwickelt, um die mikrobielle Belastung in Krankenhausumgebungen zu verringern. Es werden ständig neue Strategien zur Vorbeugung dieser Infektionen entwickelt, darunter: Hygieneverfahren mit neuen flüssigen Bioziden oder berührungslosen Technologien, Beschichtung von Desinfektionsflächen mit Metallen (Kupfer, Silber) oder lichtaktivierten Katalysatoren wie TiO-Nanopartikeln ₂.

Herausforderungen im Zusammenhang mit Infektionen im Gesundheitswesen und die zunehmende Ausbreitung antimikrobiell resistenter Bakterien veranlassen Wissenschaftler, diesen Bereich der Nanotechnologie und Photokatalyse als neue Quelle zur Verbesserung der Krankenhaushygiene zu erforschen.

Es wurde auch festgestellt, dass Materialien, die in ihrer Grundform inert sind, reaktiv sind, wenn sie in Form von Nanopartikeln vorliegen, und im Fall von Titandioxid ist die Aktivität bei UV- und sichtbarer Strahlung höher. Es wird erwartet, dass Photokatalysatoren weit verbreitet gegen viele schädliche Krankheitserreger eingesetzt werden.

Die Nutzung der hervorragenden photokatalytischen Wirkung von TiO ₂ mit der Erzeugung eines starken Oxidationsmittels auf der Oberfläche in Form eines Hydroxylradikals ist eine technologisch realisierbare Technologie und ihre Herstellung im industriellen Maßstab ist relativ einfach und kostengünstig.

Die einfachste und gleichzeitig sehr effektive Möglichkeit besteht darin, Wände und Decken mit Farbe zu streichen, die einen Photokatalysator enthält.

 Aber sind solche Maßnahmen nicht schädlich? Für den Menschen, die Umwelt?

– Bei herkömmlichen Methoden, z. B. der Desinfektion mit Chlorverbindungen, ist dies mit dem Auftreten krebserregender Cl ₂ . Änderungen in den Wasserqualitätsvorschriften haben zu einer stärkeren Betonung alternativer Desinfektionsmechanismen geführt. Die Verwendung von Ozon ist aufgrund der Notwendigkeit eines kostengünstigen Ozongenerators und der sehr kurzen „Lebensdauer“ des Ozons (kurze Halbwertszeit) recht problematisch, wodurch die Umwelt nicht dauerhaft geschützt wird.

Titandioxid TiO ₂ in Baumaterialien (Wände, Decken, Böden etc.) ist von Natur aus weniger schädlich für die Umwelt. Photoaktive Materialien adsorbieren Schadstoffe und Mikroorganismen auf ihrer Oberfläche und werden dann unter dem Einfluss von UV-Strahlung und sichtbarer Strahlung, die auch in gewöhnlichen Glühbirnen vorhanden ist, inaktiviert oder in Kohlendioxid und Wasser zersetzt. Photoaktive Materialien geben keine giftigen Nebenprodukte an die Umwelt ab (wie typische chemische Präparate) und sorgen für eine wirksame und kontinuierliche Desinfektion der Umgebung.

Wie können wir diese Entdeckungen in unserem Alltag nutzen? Wenn solche mit photokatalytischen Farben bedeckten Oberflächen, Wände und Decken im Gesundheitswesen effektiv funktionieren, funktionieren sie dann auch in Wohnräumen? Können sie dazu beitragen, Infektionen in Wohnungen zu reduzieren?

– Photokatalytische Oberflächen können superhydrophil sein, was bedeutet, dass sich Wasser über die Oberfläche ausbreitet und Schmutz weggespült werden kann, z. B. in kommerziellen Anwendungen zur Herstellung selbstreinigender Fenster (z. B. San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ und Sunclean™) und solcher Glasabdeckungen für Tunnelbeleuchtungslampen. Natürlich handelt es sich dabei um transparente Beschichtungen.

Der Photokatalysator kann zum Beschichten von Wänden, Tischen und anderen Oberflächen verwendet werden, um Infektionen zu reduzieren, die mit einer Infektion durch indirekten Kontakt einhergehen. ₂ beschichtete Wandfliesen (Fliesen und Fugenmörtel) sind ebenfalls ein wirksames selbstreinigendes und desinfizierendes Material. Die Ansteckung mit Influenzaviren, die durch Tröpfcheninfektion (Husten, Niesen) übertragen werden, kann durch ihre Adsorption an photoaktiven Oberflächen in Innenräumen begrenzt werden.

Daher kann das Beschichten von Wänden und Decken mit Farbe, die einen Photokatalysator enthält, die Ausbreitung von Mikroorganismen, einschließlich pathogener Mikroorganismen, wirksam begrenzen, wie oben in der kurzen Liste der Literaturbeschreibungen dargestellt.

Sind solche photokatalytischen Produkte nicht zu kompliziert in der Anwendung?

– Photokatalytische Farben sind einfach zu verwenden. Sie erfordern keinen Einsatz spezieller Anwendungstechnologien oder spezieller Geräte. Beschichtungen werden nach herkömmlichen Methoden mit Pinsel, Rolle oder Spray hergestellt. Da sie wasserlöslich sind, entstehen auch keine Geruchsprobleme und die Ausrüstung kann mit Wasser gewaschen werden.

Der Autor des Textes ist PIGMENT, ein Hersteller von photokatalytischen Farben mit dem Handelsnamen TITANIUM®. Titanium IN anzusehen , jetzt zu einem neuen, günstigeren Preis.