Titanium IN iekštelpu krāsa – fotokatalīzes process un vīrusi

Bet kas īsti ir fotokatalīze? Kas ir fotokatalizatori? 

Uz šiem jautājumiem atbildēja profesors Antoni Moravskis, PhD, DSc, Engineering, no Rietumpomerānijas Tehnoloģiju universitātes Ščecinā Neorganiskās ķīmijas tehnoloģijas un vides inženierijas katedras.

Pēc definīcijas fotokatalīze ir ķīmiskās reakcijas ātruma izmaiņas vai tās ierosināšana ultravioletā un/vai redzamā starojuma ietekmē vielas (fotokatalizatora) klātbūtnē, kas absorbē starojumu un ļauj uz virsmas notikt oksidēšanās-reducēšanās ķīmiskai reakcijai, piemēram, starp gaisā esošo skābekli un adsorbētiem piesārņotājiem, kas var būt arī patogēni mikroorganismi. Uz fotokatalizatora virsmas radītajiem hidroksilradikāļiem ir augstāks oksidēšanās potenciāls nekā ozonam, kas ir svarīgi dezinfekcijai.

Vai tas ir jauns atklājums? Varbūt tas vēl nav pietiekami pārbaudīts?

) spēja darboties kā fotokatalizatoram ir zināma jau gadu desmitiem (konkrēti, kopš 1921. gada). Tomēr šī īpašība daudzus gadus netika plaši novērtēta. Interese par TiO2 fotokatalītisko īpašību izmantošanu atkal parādījās pēc Fudžišimas un Hondas 1972. gadā publicētā raksta par ūdens fotoelektrolīzi. Drīz vien šī aktivitāte tika izmantota piesārņotāju oksidēšanai, notekūdeņu attīrīšanai, dzeramā ūdens attīrīšanai un ūdens attīrīšanai rūpnieciskai dārzeņu mazgāšanai. Ar titāna dioksīdu pārklāti filtri tika izmantoti gaisa dezinfekcijai. Daudzi turpmākie pētījumi pierādīja fotokatalīzes lietderību ūdens dezinfekcijai, tostarp baktēriju iznīcināšanai. Tika atklāts potenciāls iznīcināt vēža šūnas. Tomēr TiO2 izmantošana krāsu pārklājumos kļuva par jaunumu.

Kā ar vīrusiem? Tā šobrīd ir tik aktuāla tēma.

– Nesen par šo tēmu ir publicētas daudzas publikācijas. Piemēram, savā darbā "Gipuļa vīrusa fotokatalītiskā inaktivācija ar titāna dioksīda plānu plēvi" japāņi demonstrēja gripuļa vīrusa deaktivizāciju ar fotokatalīzi, izmantojot TiO2 nanodaļiņas ₍ R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kadjioka, A. Fudžishima, K. Sunada, M. Minoshima, K. Hašimoto, Y. Kubota – "Photochemical and Photocatalytical Science", 2012).

Līdzīgi darbā "Gripas vīrusa H1N1 iznīcināšana ar jaunu redzamās gaismas inducētu fotokatalizatoru fluorescences gaismā" (Sei-Young Choi Bongrae Cho – "Vīrusu pētījumi", 2018) tika apstiprināts, ka uz TiO2 bāzes veidotam fotokatalizatoram _ar pārejas metālu (dzelzs, magnijs un mangāns) pievienošanu piemīt pretvīrusu aktivitāte pret H1N1 gripas vīrusu. Testos vīruss tika iznīcināts par vairāk nekā 99% 30 minūšu laikā. Tika norādīts, ka " būtu vēlams izmantot šo fotokatalizatoru dezinfekcijai, lai samazinātu vīrusa pārnešanu ar pilieniņām un aerosoliem, kā arī virsmas saskarē ". EAKozlovs et al. Publikācijā “Aerosola nogulsnētu patogēno mikroorganismu modeļa inaktivācija un mineralizācija virs TiO2 _un Pt/TiO2 _” (Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) tika pierādīts, ka uz tīra TiO2 _pēc 30 minūšu UVA apstarošanas tiek panākta 90% gripas A (H3N2) vīrusa inaktivācija, bet uz TiO2, _kas modificēts ar platīnu, – 99,8% šī vīrusa inaktivācija.

Plašus pētījumus citā darbā veica arī 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 fotokatalīzes plaša spektra mikrobicīdā aktivitāte – katalizatori, 2013). Tika pētītas grampozitīvas baktērijas, piemēram, meticilīnrezistentais Staphylococcus aureus vankomicīnrezistentais Enterococcus faecalis penicilīnrezistentais Streptococcus pneumoniae Escherichia coli un Pseudomonas aeruginosa, tika inaktivētas pakāpeniski. Testu laikā tika inaktivēti arī gripas vīruss (apvalkots vīruss) un kaķu kalicivīruss (neapvalkots vīruss).

Iepriekš minētie pētījumi (un daudzi citi) nepārprotami apstiprina, ka fotokatalizatori ir efektīva metode pret daudziem kaitīgiem patogēniem, un visā pasaulē notiek intensīvs darbs šajā virzienā.

Jūs minējāt, ka krāsotas sienas var palīdzēt aizsargāt jūsu veselību. Vai tā nav kļūda?

"Ar mikroorganismiem piesārņotas virsmas rada draudus apkārtējiem cilvēkiem. Putekļu ērcītes, baktērijas, vīrusi un pelējums uzkrājas uz sienām un telpu mēbelēs. Tas izraisa astmu, alerģijas un infekcijas. Tas attiecas gan uz dzīvojamām, gan veselības aprūpes telpām. Plaša literatūrā pieejamā informācija liecina par fotokatalītiskā TiO2 efektivitāti dažādu mikroorganismu, tostarp baktēriju, vīrusu, sēnīšu un raugu, deaktivizēšanā. _"

Infekcijas slimības, ko izraisa pret antimikrobiāliem līdzekļiem rezistentas baktērijas, kļūst par nopietnu problēmu saistībā ar antibiotiku lietošanu visā pasaulē. Šo mikroorganismu noturība uz virsmām un medicīnas ierīcēm izraisa slimnīcās iegūtu slimību pārnešanu. Tiek uzskatīts, ka slimnīcās iegūtie patogēni veicina daudzu nāves gadījumu rašanos.

Visā pasaulē tiek izstrādātas daudzas progresīvas tehnoloģijas, lai samazinātu mikrobu slodzi slimnīcu vidē. Pastāvīgi attīstās jaunas stratēģijas saistīto infekciju novēršanai, tostarp higiēnas procedūras, izmantojot jaunus šķidros biocīdus vai bezkontakta tehnoloģijas, dezinfekcijas virsmu pārklāšana ar metāliem (varu, sudrabu) vai gaismas aktivizētiem katalizatoriem, piemēram, TiO nanodaļiņām₂.

Veselības aprūpes infekciju radītās problēmas un pretmikrobu rezistentu baktēriju pieaugošā izplatība mudina zinātniekus izpētīt nanotehnoloģiju un fotokatalīzes jomu kā jaunu avotu slimnīcu higiēnas uzlabošanai.

Ir konstatēts, ka materiāli, kas to pamatformā ir inerti, ir reaģējoši arī nanodaļiņu veidā, un titāna dioksīda gadījumā aktivitāte ir augstāka UV un redzamā starojuma ietekmē. Paredzams, ka fotokatalizatori tiks plaši izmantoti pret daudziem kaitīgiem patogēniem.

_TiO2 izcilo fotokatalītisko efektu, ģenerējot spēcīgu oksidētāju hidroksilradikāļa veidā uz virsmas, tā ir tehnoloģiski iespējama tehnoloģija, un tās ražošana rūpnieciskā mērogā ir salīdzinoši vienkārša un lēta.

Vienkāršākā un vienlaikus ļoti efektīvā metode ir sienu un griestu krāsošana ar krāsu, kas satur fotokatalizatoru.

 Bet vai šādi pasākumi nav kaitīgi? Cilvēkiem un videi?

– Tradicionālās metodes, piemēram, dezinfekcija ar hlora savienojumiem, ir saistītas ar kancerogēnu dezinfekcijas blakusproduktu Cl2 ražošanu _. Izmaiņas ūdens kvalitātes noteikumos ir novedušas pie lielākas uzmanības pievēršanas alternatīviem dezinfekcijas mehānismiem. Ozona izmantošana ir diezgan problemātiska, jo ir nepieciešams dārgs ozona ģenerators un ozona ļoti īsais "dzīves periods" (īss pussabrukšanas periods), kas nenodrošina ilgstošu vides aizsardzību.

Titāna dioksīds _TiO2 būvmateriālos (sienās, griestos, grīdās utt.) pēc savas būtības ir mazāk kaitīgs videi. Fotoaktīvie materiāli adsorbē piesārņotājus un mikroorganismus uz savām virsmām un pēc tam UV starojuma un redzamā starojuma ietekmē, pat no parastajām spuldzēm, inaktivējas vai sadalās oglekļa dioksīdā un ūdenī. Fotoaktīvie materiāli neizdala toksiskus blakusproduktus vidē (tāpat kā tipiski ķīmiskie preparāti) un nodrošina efektīvu un nepārtrauktu vides dezinfekciju.

Kā mēs varam gūt labumu no šiem atklājumiem savā ikdienas dzīvē? Ja šādas virsmas, sienas un griesti, kas pārklāti ar fotokatalītiskajām krāsām, ir efektīvi veselības aprūpē, vai tie ir piemēroti izmantošanai dzīvojamās telpās? Vai tie varētu palīdzēt samazināt infekcijas mājās?

Fotokatalītiskās virsmas var būt superhidrofilas, kas nozīmē, ka ūdens izplatās pa virsmu, ļaujot netīrumiem noskaloties. Komerciāli pielietojumi ietver pašattīrošus logus (piemēram, San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ un Sunclean™) un stikla pārsegus tuneļu apgaismojumam. Protams, šie pārklājumi ir caurspīdīgi.

Fotokatalizatoru var izmantot sienu, galdu un citu virsmu pārklāšanai, lai samazinātu ar kontaktu saistītas infekcijas. Ar TiO2 pārklātas sienas flīzes (flīzes un java) _arī efektīvu pašattīrīšanās un dezinfekcijas materiālu. Gripas vīrusu infekciju, kas izplatās ar pilieniņām (klepus, šķaudīšana), telpās var samazināt, adsorbējot tās uz fotoaktīvām virsmām.

Tādēļ sienu un griestu pārklāšana ar krāsu, kas satur fotokatalizatoru, var efektīvi ierobežot mikroorganismu, tostarp patogēno, izplatību, kā parādīts iepriekš minētajā īsajā literatūras aprakstu sarakstā.

Vai šādi fotokatalītiskie produkti nav pārāk sarežģīti lietošanā?

Fotokatalītiskās krāsas ir viegli lietojamas. Tām nav nepieciešamas īpašas uzklāšanas metodes vai aprīkojums. Pārklājumus uzklāj, izmantojot tradicionālās metodes, piemēram, otas, rullīšus vai smidzinātājus. Tā kā tās ir uz ūdens bāzes, nav smakas problēmu, un aprīkojumu var mazgāt ar ūdeni.

Titanium IN iekštelpu krāsai , kas tagad ir pieejama par jaunu, zemāku cenu.