Titaanium IN sisevärv – fotokatalüüsi protsess ja viirused

Aga mis täpselt on fotokatalüüs? Mis on fotokatalüsaatorid? 

Neile küsimustele vastas professor Antoni Morawski, PhD, DSc, Engineering, Szczecinis asuva Lääne-Pomeraniani Tehnikaülikooli anorgaanilise keemiatehnoloogia ja keskkonnatehnika osakonnast.

Definitsiooni järgi on fotokatalüüs keemilise reaktsiooni kiiruse muutus või selle initsieerimine ultraviolett- ja/või nähtava kiirguse mõjul aine (fotokatalüsaatori) juuresolekul, mis neelab kiirgust ja võimaldab pinnal oksüdatsiooni-redutseerimise keemilist reaktsiooni, näiteks õhus oleva hapniku ja adsorbeeritud saasteainete vahel, milleks võivad olla ka patogeensed mikroorganismid. Fotokatalüsaatori pinnal tekkivatel hüdroksüülradikaalidel on suurem oksüdeerimispotentsiaal kui osoonil, mis on oluline desinfitseerimiseks.

Kas see on uus avastus? Võib-olla pole seda veel piisavalt testitud?

– Titaandioksiidi (TiO2 ) toimida fotokatalüsaatorina on teada juba aastakümneid (täpsemalt alates 1921. aastast). Kuid seda omadust ei hinnatud aastaid laialdaselt. Huvi TiO2 fotokatalüütiliste omaduste kasutamise vastu kerkis taas pinnale pärast Fujishima ja Honda 1972. aastal avaldatud artiklit vee fotoelektrolüüsi kohta. Seda tegevust hakati peagi kasutama saasteainete oksüdeerimiseks, reovee puhastamiseks, joogivee puhastamiseks ja tööstusliku köögiviljapesu vee töötlemiseks. Titaandioksiidiga kaetud filtreid kasutati õhu desinfitseerimiseks. Paljud hilisemad uuringud näitasid fotokatalüüsi kasulikkust vee desinfitseerimisel, sealhulgas bakterite hävitamisel. Avastati potentsiaal vähirakkude hävitamiseks. TiO2 kasutamine värvkatetes muutus aga uudseks .

Aga viirused? See on praegu nii kuum teema.

– Hiljuti on sellel teemal ilmunud arvukalt publikatsioone. Näiteks demonstreerisid jaapanlased „Fotokatalüsaatori inaktiveerimine gripiviiruse abil, ₍ R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A. Fujishima, K. Sunada, M. Minoshima, K. Hashimoto, Y. Kubota – „Photochemical and Photocatalytical Science”, 2012).

Samamoodi kinnitati töös „Gippviiruse H1N1 hävitamine uue nähtava valguse poolt indutseeritud fotokatalüsaatori abil fluorestsentsvalguses“ (Sei-Young Choi Bongrae Cho – „Virus Research“, 2018) TiO2-põhisel fotokatalüsaatoril, _millele on lisatud siirdemetalle (raud, magneesium ja mangaan), viirusevastane toime H1N1 gripiviiruse vastu. Testides elimineeriti viirus 30 minuti jooksul enam kui 99%. Väideti, et „ seda fotokatalüsaatorit oleks soovitav kasutada desinfitseerimiseks, et vähendada viiruse levikut piiskade ja aerosoolide kaudu, samuti pinnakontakti kaudu “. EAKozlov jt. Publikatsioonis " Aerosoolile sadestatud mudelpatogeensete mikroorganismide inaktiveerimine ja mineraliseerimine TiO2 ja Pt/TiO2 peal" ₍ Environmental _Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) tõestati, et puhta TiO2 _korral saavutatakse 30-minutilise UVA-kiirgusega gripi A (H3N2) viiruse 90% inaktiveerimine ja plaatinaga modifitseeritud TiO2 korral selle viiruse 99,8% inaktiveerimine _.

Ulatuslikke uuringuid viisid läbi ka teises töös R. Nakano, M. Hara, H. Ishiguro, Y. Yao, T. Ochiai, K. Nakata, T. Murakami, J. Kajioka, K. Sunada, K. Hashimoto, A. Fujishima, Y. Kubota ( _TiO2 fotokatalüüsi laia spektriga mikrobitsiidne aktiivsus – katalüsaatorid, 2013). Uuriti grampositiivseid baktereid, nagu metitsilliiniresistentne Staphylococcus aureus vankomütsiiniresistentne Enterococcus faecalis penitsilliiniresistentne Streptococcus pneumoniae Escherichia coli ja Pseudomonas aeruginosa, inaktiveeriti järk-järgult. Katsete käigus inaktiveeriti ka gripiviirus (ümbrisega viirus) ja kasside kalitsiviirus (ümbriseta viirus).

Eeltoodud uuringud (ja paljud teised) kinnitavad selgelt, et fotokatalüsaatorid on tõhus meetod paljude kahjulike patogeenide vastu ning kogu maailmas käib selles suunas intensiivne töö.

Sa mainisid, et värvitud seinad aitavad kaitsta tervist. Kas see pole mitte viga?

"Mikroorganismidega saastunud pinnad kujutavad endast ohtu ümbritsevatele inimestele. Tolmulestad, bakterid, viirused ja hallitusseened kogunevad seintele ja tubade sisustusse. See põhjustab astmat, allergiaid ja infektsioone. See kehtib nii elamute kui ka tervishoiuasutuste kohta. Kirjanduses leiduv rikkalik teave näitab fotokatalüütilise TiO2 tõhusust mitmesuguste mikroorganismide, sealhulgas bakterite, viiruste, seente ja pärmide deaktiveerimisel. _"

Antimikroobsetele ravimitele resistentsete bakterite põhjustatud nakkushaigused on antibiootikumide kasutamise tõttu kogu maailmas üha suuremaks probleemiks muutumas. Nende mikroorganismide püsimine pindadel ja meditsiiniseadmetel viib haiglas omandatud haiguste levikuni. Arvatakse, et haiglas omandatud patogeenid aitavad kaasa paljudele surmajuhtumitele.

Haiglakeskkonna mikroobide koormuse vähendamiseks arendatakse kogu maailmas paljusid täiustatud tehnoloogiaid. Pidevalt arenevad uued strateegiad seotud infektsioonide ennetamiseks, sealhulgas hügieeniprotseduurid, mis kasutavad uusi vedelaid biotsiide või kontaktivabu tehnoloogiaid, desinfitseerivate pindade katmine metallide (vask, hõbe) või valgusega aktiveeritavate katalüsaatoritega, näiteks TiO2 nanoosakestega₂.

Tervishoiuteenuste infektsioonidega seotud väljakutsed ja antimikroobsete ravimite suhtes resistentsete bakterite leviku suurenemine ajendavad teadlasi uurima nanotehnoloogia ja fotokatalüüsi valdkonda kui uut viisi haiglahügieeni parandamiseks.

Samuti on leitud, et materjalid, mis on oma põhivormis inertsed, on nanoosakeste kujul reaktiivsed ning titaandioksiidi puhul on aktiivsus UV- ja nähtava kiirguse all suurem. Fotokatalüsaatoreid eeldatakse laialdaselt kasutatavaks paljude kahjulike patogeenide vastu.

_TiO2 suurepärase fotokatalüütilise efekti ärakasutamine koos tugeva oksüdeerija tekitamisega pinnal hüdroksüülradikaali kujul on tehnoloogiliselt teostatav tehnoloogia ning selle tootmine tööstuslikus mahus on suhteliselt lihtne ja odav.

Lihtsaim ja samal ajal väga tõhus meetod on seinte ja lagede värvimine fotokatalüsaatorit sisaldava värviga.

 Aga kas sellised meetmed pole kahjulikud? Inimestele ja keskkonnale?

– Traditsioonilised meetodid, näiteks klooriühenditega desinfitseerimine, hõlmavad kantserogeensete desinfitseerimise kõrvalsaaduste, Cl2, teket _. Vee kvaliteedi eeskirjade muutused on toonud kaasa suurema rõhuasetuse alternatiivsetele desinfitseerimismehhanismidele. Osooni kasutamine on üsna problemaatiline, kuna on vaja kallist osoonigeneraatorit ja osoonil on väga lühike "eluiga" (lühike poolestusaeg), mis ei taga püsivat keskkonnakaitset.

titaandioksiid _TiO2 on oma olemuselt keskkonnale vähem kahjulik. Fotoaktiivsed materjalid adsorbeerivad oma pinnale saasteaineid ja mikroorganisme ning seejärel inaktiveerivad või lagunevad UV-kiirguse ja nähtava kiirguse mõjul, isegi tavaliste lambipirnide puhul, süsinikdioksiidiks ja veeks. Fotoaktiivsed materjalid ei eralda keskkonda mürgiseid kõrvalsaadusi (nagu tüüpilised keemilised preparaadid) ning tagavad keskkonna tõhusa ja pideva desinfitseerimise.

Kuidas me saame neist avastustest oma igapäevaelus kasu? Kui sellised fotokatalüütiliste värvidega kaetud pinnad, seinad ja laed on tervishoius tõhusad, kas need sobivad kasutamiseks elamutes? Kas need saaksid aidata vähendada kodudes nakkusi?

Fotokatalüütilised pinnad võivad olla superhüdrofiilsed, mis tähendab, et vesi levib üle pinna, võimaldades mustuse maha uhumisel. Kaubanduslike rakenduste hulka kuuluvad isepuhastuvad aknad (nt San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ ja Sunclean™) ning tunnelivalgustuse klaaskatted. Loomulikult on need katted läbipaistvad.

Fotokatalüsaatorit saab kasutada seinte, laudade ja muude pindade katmiseks, et vähendada kontaktinfektsioonide teket. TiO2-ga kaetud seinaplaadid (plaadid ja vuugitäidis) _ka tõhus isepuhastuv ja desinfitseeriv materjal. Piiskade kaudu (köhimine, aevastamine) levivate gripiviiruste nakkusi saab siseruumides vähendada, adsorbeerides neid fotoaktiivsetele pindadele.

Seega saab seinte ja lagede katmine fotokatalüsaatorit sisaldava värviga tõhusalt piirata mikroorganismide, sealhulgas patogeensete mikroorganismide levikut, nagu on esitatud ülaltoodud kirjanduse kirjelduste lühikeses loendis.

Kas sellised fotokatalüütilised tooted pole mitte liiga keerulised kasutada?

Fotokatalüütilisi värve on lihtne kasutada. Need ei vaja spetsiaalseid pealekandmistehnikaid ega seadmeid. Katted kantakse peale traditsiooniliste meetoditega, näiteks pintslite, rullide või pihustitega. Kuna need on veepõhised, ei ole lõhnaprobleeme ja seadmeid saab veega pesta.

Titanium IN sisevärvile , mis on nüüd saadaval uue, madalama hinnaga.