Внутреннее покрытие из титана – фотокаталитический процесс и вирусы

Но что же такое фотокатализ? Что такое фотокатализаторы? 

На эти вопросы ответил профессор Антони Моравский, доктор философии, доктор наук, инженер, с кафедры неорганической химической технологии и экологической инженерии Западно-Поморского технологического университета в Щецине.

По определению, фотокатализ — это изменение скорости химической реакции или её инициирование под воздействием ультрафиолетового и/или видимого излучения в присутствии вещества (фотокатализатора), которое поглощает излучение и обеспечивает окислительно-восстановительную химическую реакцию на поверхности, например, между кислородом воздуха и адсорбированными загрязняющими веществами, которыми могут быть и патогенные микроорганизмы. Гидроксильные радикалы, образующиеся на поверхности фотокатализатора, обладают более высоким окислительным потенциалом, чем озон, что важно для дезинфекции.

Это новое открытие? Возможно, оно еще недостаточно изучено?

– Способность диоксида титана (TiO2 ) выступать в качестве фотокатализатора известна уже несколько десятилетий (а именно, с 1921 года). Однако это свойство долгое время не было широко признано. Интерес к использованию фотокаталитических свойств TiO2 возобновился после публикации в 1972 году статьи Фудзисимы и Хонды о фотоэлектролизе воды. Эта активность вскоре была использована для окисления загрязняющих веществ, очистки сточных вод, очистки питьевой воды и обработки воды для промышленной мойки овощей. Фильтры с покрытием из диоксида титана использовались для дезинфекции воздуха. Многие последующие исследования продемонстрировали полезность фотокатализа для дезинфекции воды, включая уничтожение бактерий. Была обнаружена возможность уничтожения раковых клеток. Однако использование TiO2 в лакокрасочных покрытиях стало новинкой.

А что насчет вирусов? Это сейчас очень актуальная тема.

– В последнее время появилось множество публикаций на эту тему. Например, в своей работе «Фотокаталитическая инактивация вируса гриппа тонкой пленкой диоксида титана» японские ученые продемонстрировали деактивацию вируса гриппа путем фотокатализа с использованием наночастиц TiO2 ₍ R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A. Fujishima, K. Sunada, M. Minoshima, K. Hashimoto, Y. Kubota – «Photochemical and Photocatalytical Science», 2012).

Аналогично, в работе «Уничтожение вируса гриппа H1N1 с помощью нового фотокатализатора, активируемого видимым светом под флуоресцентным освещением» (Сей-Ён Чой Бонграе Чо – «Исследования вирусов», 2018) было подтверждено наличие противовирусной активности фотокатализатора на основе TiO2 _с добавлением переходных металлов (железа, магния и марганца) против вируса гриппа H1N1. В ходе испытаний вирус был уничтожен более чем на 99% в течение 30 минут. Было отмечено, что « было бы желательно использовать этот фотокатализатор для дезинфекции с целью снижения передачи вируса через капли и аэрозоли, а также через контакт с поверхностями ». Е. А. Козлов и др. В публикации «Инактивация и ral осажденных в аэрозоле модельных патогенных микроорганизмов на TiO₂ _и Pt/TiO₂ _» (Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) доказано, что на чистом TiO₂ _после 30 минут облучения УФ-излучением достигается 90% инактивация вируса гриппа А (H3N2), а на TiO₂, _{модифицированном} платиной, – 99,8% инактивация этого вируса.

Обширные исследования в другой работе также были проведены Р. Накано, М. Хара, Х. Исигуро, Ю. Яо, Т. Отиай, К. Наката, Т. Мураками, Дж. Кадзиока, К. Сунада, К. Хасимото, А. Фудзисима, Ю. Кубота ( Broad Spectrum Microbicidal Activity of Photocatalysis by TiO ₂ – Catalysts, 2013). Они изучали грамположительные бактерии, такие как метициллин-резистентный золотистый стафилококк ванкомицин-резистентный энтерококк фаекалиc пенициллин-резистентный стрептококк пневмонии кишечная палочка и псевдомонас аэругиноза, инактивировались постепенно. В ходе испытаний также были инактивированы вирус гриппа (оболочечный вирус) и кошачий калицивирус (необолочечный вирус).

Приведенные выше исследования (и многие другие) убедительно подтверждают, что фотокатализаторы являются эффективным методом борьбы со многими опасными патогенами, и во всем мире ведется интенсивная работа в этом направлении.

Вы упомянули, что покрашенные стены могут помочь защитить ваше здоровье. Не является ли это ошибкой?

«Поверхности, загрязненные микроорганизмами, представляют угрозу для окружающих. Пылевые клещи, бактерии, вирусы и плесень накапливаются на стенах и в мебели. Это приводит к астме, аллергии и инфекциям. Это относится как к жилым, так и к медицинским помещениям. Многочисленные исследования, представленные в литературе, указывают на эффективность фотокаталитического диоксида титана _в деактивации различных микроорганизмов, включая бактерии, вирусы, грибы и дрожжи».

Инфекционные заболевания, вызываемые бактериями, устойчивыми к антимикробным препаратам, становятся серьезной проблемой в связи с распространением антибиотиков во всем мире. Сохранение этих микроорганизмов на поверхностях и медицинских приборах приводит к внутрибольничной передаче заболеваний. Считается, что внутрибольничные патогены являются причиной многих смертельных случаев.

Во всем мире разрабатывается множество передовых технологий для снижения микробной нагрузки в больничных условиях. Постоянно появляются новые стратегии предотвращения связанных с этим инфекций, включая гигиенические процедуры с использованием новых жидких биоцидов или бесконтактных технологий, покрытие дезинфицирующих поверхностей металлами (медью, серебром) или светоактивируемыми катализаторами, такими как наночастицы TiO2₂.

Проблемы, связанные с внутрибольничными инфекциями, и растущее распространение бактерий, устойчивых к антимикробным препаратам, побуждают ученых изучать область нанотехнологий и фотокатализа как новый способ улучшения гигиены в больницах.

Было обнаружено, что материалы, инертные в своей основной форме, также проявляют реактивность в наночастицах, а в случае диоксида титана активность выше под воздействием УФ- и видимого излучения. Ожидается, что фотокатализаторы будут широко использоваться против многих опасных патогенов.

Использование превосходного фотокаталитического эффекта TiO₂ _с образованием на поверхности сильного окислителя в виде гидроксильного радикала представляет собой технологически осуществимую технологию, а ее производство в промышленных масштабах относительно просто и недорого.

Самый простой и одновременно очень эффективный метод — покрасить стены и потолки краской, содержащей фотокатализатор.

 Но разве такие меры не вредны? Для людей и окружающей среды?

– Традиционные методы, такие как дезинфекция соединениями хлора, предполагают образование канцерогенных побочных продуктов дезинфекции, таких как Cl₂ _. Изменения в нормативных требованиях к качеству воды привели к большему вниманию к альтернативным механизмам дезинфекции. Использование озона довольно проблематично из-за необходимости дорогостоящего генератора озона и очень короткого «периода жизни» озона (короткий период полураспада), что не обеспечивает длительной защиты окружающей среды.

Диоксид титана _(TiO2) в строительных материалах (стенах, потолках, полах и т. д.) по своей природе менее вреден для окружающей среды. Фотоактивные материалы адсорбируют загрязняющие вещества и микроорганизмы на своих поверхностях, а затем инактивируются или разлагаются на углекислый газ и воду под воздействием УФ-излучения и видимого излучения, даже от обычных лампочек. Фотоактивные материалы не выделяют токсичных побочных продуктов в окружающую среду (в отличие от типичных химических препаратов) и обеспечивают эффективную и непрерывную дезинфекцию окружающей среды.

Какую пользу мы можем извлечь из этих открытий в нашей повседневной жизни? Если такие поверхности, стены и потолки, покрытые фотокаталитическими красками, эффективны в здравоохранении, подойдут ли они для использования в жилых помещениях? Могут ли они помочь снизить уровень инфекций в домах?

Фотокаталитические поверхности могут быть сверхгидрофильными, то есть вода растекается по поверхности, позволяя смывать загрязнения. В коммерческих целях они применяются в самоочищающихся окнах (например, San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ и Sunclean™) и стеклянных покрытиях для освещения туннелей. Естественно, эти покрытия прозрачны.

Фотокатализатор можно использовать для покрытия стен, столов и других поверхностей с целью снижения риска заражения контактным путем. Настенная плитка (плитка и затирка), покрытая диоксидом титана, _также является эффективным самоочищающимся и дезинфицирующим материалом. Заражение вирусами гриппа, распространяющимися воздушно-капельным путем (кашель, чихание), можно снизить в помещениях путем адсорбции этих вирусов на фотоактивных поверхностях.

Таким образом, покрытие стен и потолков краской, содержащей фотокатализатор, может эффективно ограничить распространение микроорганизмов, в том числе патогенных, как показано в приведенном выше кратком списке литературных источников.

Не слишком ли сложны в использовании подобные фотокаталитические продукты?

Фотокаталитические краски просты в использовании. Они не требуют специальных методов нанесения или оборудования. Покрытия наносятся традиционными способами, такими как кисти, валики или распылители. Поскольку они на водной основе, отсутствует запах, а оборудование можно мыть водой.

интерьерную краску Titanium IN по новой, более низкой цене.