Interiérová farba Titanium IN – proces fotokatalýzy a vírusy

Ale čo je vlastne fotokatalýza? Čo sú fotokatalyzátory?  

Na tieto otázky odpovedal prof. Ph.D. inžinier Antoni Morawski z Katedry anorganickej chemickej technológie a environmentálneho inžinierstva Západopomoranské technickej univerzity v Štetíne.

– Podľa definície – fotokatalýza je zmena rýchlosti chemickej reakcie alebo jej iniciácia pôsobením ultrafialového a/alebo viditeľného žiarenia v prítomnosti látky (fotokatalyzátora), ktorá žiarenie absorbuje a umožňuje oxidačno-redukčnú chemikáliu. reakcia prebieha na povrchu, napríklad medzi kyslíkom zo vzduchu a adsorbovanými kontaminantmi, ktorými môžu byť aj patogénne mikroorganizmy. Hydroxylové radikály vznikajúce na povrchu fotokatalyzátora majú vyšší oxidačný potenciál ako ozón, čo je dôležité pre dezinfekciu.

Je to nový objav? Možno to ešte nebolo dostatočne skontrolované?

– Schopnosť oxidu titaničitého (TiO 2 ) pôsobiť ako fotokatalyzátor je známa už niekoľko desaťročí (presnejšie 1921). Táto funkcia však nebola dlhé roky príliš ocenená. Záujem o využitie fotokatalytických vlastností TiO 2 sa znovu objavil, keď v roku 1972 Fujishima a Honda zverejnili článok o fotoelektrolýze vody. Táto činnosť sa čoskoro začala používať na oxidáciu znečisťujúcich látok, čistenie odpadových vôd, čistenie pitnej vody a úpravu vody. na priemyselné umývanie zeleniny. Na dezinfekciu vzduchu boli použité filtre potiahnuté oxidom titaničitým. Mnohé následné štúdie preukázali užitočnosť fotokatalýzy na dezinfekciu vody vrátane ničenia baktérií. Boli objavené potenciálne schopnosti ničiť rakovinové bunky. Novinkou je však využitie výhod TiO 2 v náteroch farieb.

A čo vírusy? Teraz je to taká aktuálna téma.

– V poslednej dobe vyšlo na túto tému veľa publikácií. Napríklad Japonci vo svojej práci Fotokatalytická inaktivácia chrípkového vírusu tenkým filmom oxidu titaničitého demonštrovali inaktiváciu chrípkového vírusu fotokatalýzou pomocou nanočastíc 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).

Podobne aj v práci Vyhubenie chrípkového vírusu H1N1 novým fotokatalyzátorom indukovaným viditeľným svetlom pod fluorescenčným svetlom (Sei-Young Choi Bongrae Cho – „Výskum vírusov“, 2018) sa potvrdilo, že fotokatalyzátor na báze TiO ₂ s tzv. pridanie prechodných kovov (železo, horčík a mangán) preukázalo antivírusovú aktivitu proti vírusu chrípky H1N1. Počas testovania bol vírus eliminovaný o viac ako 99 % do 30 minút. Ako bolo uvedené - " bolo by žiaduce použiť tento fotokatalyzátor na dezinfekciu, aby sa znížil prenos vírusu kvapôčkami a aerosólmi, ako aj povrchovým kontaktom ." E.A.A.Kozlov a kol., v publikácii 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 čistom TiO ₂ po 30 minútach ožiarenia žiarením UVA má za následok 90% inaktiváciu vírusu chrípky A (H3N2) a na TiO ₂ modifikovanom platinou - 99,8% inaktiváciu tohto vírusu.

Rozsiahly výskum v inej práci vykonali aj 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). Okrem iných študovali grampozitívne baktérie, napr. Staphylococcus aureus rezistentný na meticilín Enterococcus faecalis rezistentný na vankomycín a Streptococcus pneumoniae penicilín boli ľahko inaktivované fotokatalýzou, zatiaľ čo niektoré gramnegatívne baktérie, napr. rezistentné na mnohé lieky boli postupne deaktivované. Vírus chrípky (obalený vírus) a mačací kalicivírus (neobalený vírus) boli počas testov tiež inaktivované.

Uvedené výskumy (a mnohé ďalšie) jednoznačne potvrdzujú, že fotokatalyzátory sú účinnou metódou proti mnohým škodlivým patogénom a vo svete sa v tomto smere intenzívne pracuje.

Spomenuli ste, že maľované steny môžu pomôcť chrániť vaše zdravie? Nie je to omyl?

– Povrchy kontaminované mikroorganizmami predstavujú hrozbu pre ľudí žijúcich medzi nimi. Na stenách a nábytku sa hromadia roztoče, baktérie, vírusy a plesne. To má za následok astmu, alergie a infekcie. Týka sa to obytných priestorov aj zdravotníckych zariadení. Množstvo informácií dostupných v literatúre demonštruje účinnosť fotokatalytického Ti02 _pri deaktivácii rôznych mikroorganizmov vrátane baktérií, vírusov, húb a kvasiniek.

Infekčné ochorenia spôsobené baktériami rezistentnými na antimikrobiálne látky sa stávajú jedným z hlavných problémov pri používaní antibiotík na celom svete. Prežívanie týchto mikroorganizmov na lekárskych povrchoch a prístrojoch vedie k prenosu nozokomiálnych nákaz. Predpokladá sa, že nozokomiálne patogény prispievajú k mnohým úmrtiam.

Na celom svete sa vyvíja mnoho pokročilých technológií na zníženie mikrobiálnej záťaže v nemocničnom prostredí. Neustále sa vyvíjajú nové stratégie na prevenciu súvisiacich infekcií, vrátane: hygienické postupy využívajúce nové tekuté biocídy alebo bezdotykové technológie, poťahovanie dezinfekčných povrchov kovmi (meď, striebro) alebo svetlom aktivovanými katalyzátormi, ako sú nanočastice TiO ₂.

Výzvy súvisiace s infekciami v zdravotníctve a nárastom šírenia baktérií rezistentných na antimikrobiálne látky zapájajú vedcov do výskumu tejto oblasti nanotechnológie a fotokatalýzy ako nového zdroja zlepšenia nemocničnej hygieny.

Zistilo sa tiež, že materiály, ktoré sú vo svojej základnej forme inertné, sú reaktívne, keď sú prítomné vo forme nanočastíc, a v prípade oxidu titaničitého je aktivita vyššia v UV a viditeľnom žiarení. Očakáva sa, že fotokatalyzátory budú široko používané proti mnohým škodlivým patogénom.

Využitie vynikajúceho fotokatalytického efektu TiO ₂ s tvorbou silného oxidantu na povrchu vo forme hydroxylového radikálu je technologicky realizovateľná technológia a jeho výroba v priemyselnom meradle je pomerne jednoduchá a lacná.

Najjednoduchším a zároveň veľmi efektívnym spôsobom je natrieť steny a stropy farbou s obsahom fotokatalyzátora.

 Nie sú však takéto opatrenia škodlivé? Pre človeka, životné prostredie?

– V prípade tradičných metód, napríklad dezinfekcia zlúčeninami chlóru, je to spojené s výskytom karcinogénnych vedľajších produktov dezinfekcie Cl ₂ . Zmeny v predpisoch o kvalite vody viedli k väčšiemu dôrazu na alternatívne dezinfekčné mechanizmy. Využitie ozónu je dosť problematické kvôli potrebe lacného generátora ozónu a veľmi krátkej „životnosti“ ozónu (krátky polčas rozpadu), ktorý trvalo nechráni životné prostredie.

Oxid titaničitý TiO ₂ v stavebných materiáloch (steny, stropy, podlahy atď.) je prirodzene menej škodlivý pre životné prostredie. Fotoaktívne materiály adsorbujú škodliviny a mikroorganizmy na svojom povrchu a následne sa vplyvom UV žiarenia a viditeľného žiarenia dostupného aj v bežných žiarovkách inaktivujú alebo rozkladajú na oxid uhličitý a vodu. Fotoaktívne materiály neuvoľňujú do prostredia toxické vedľajšie produkty (ako typické chemické prípravky) a zabezpečujú účinnú a nepretržitú dezinfekciu prostredia.

Ako môžeme tieto objavy využiť v každodennom živote? Ak takéto povrchy, steny a stropy pokryté fotokatalytickými farbami efektívne fungujú v zdravotníctve, budú fungovať aj v obytných priestoroch? Môžu pomôcť znížiť infekcie v bytoch?

– Fotokatalytické povrchy môžu byť superhydrofilné, čo znamená, že voda sa šíri po povrchu a umožňuje zmytie nečistôt, napríklad v komerčných aplikáciách používaných na výrobu samočistiacich okien (napr. San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ a Sunclean™) a podobných sklenených krytov pre lampy na osvetlenie tunelov. Samozrejme, ide o transparentné nátery.

Fotokatalyzátor sa môže použiť na náter stien, stolov a iných povrchov na zníženie infekcií spojených s infekciou prostredníctvom nepriameho kontaktu. Obklady (dlaždice a škárovacia hmota) potiahnuté TiO ₂ sú tiež účinným samočistiacim a dezinfekčným materiálom. Infekciu chrípkovými vírusmi šírenú kvapôčkami (kašeľ, kýchanie) možno obmedziť v interiéri ich adsorbovaním na fotoaktívne povrchy.

Preto pokrytie stien a stropov farbou obsahujúcou fotokatalyzátor môže účinne obmedziť šírenie mikroorganizmov vrátane patogénnych, ako je uvedené vyššie v krátkom zozname opisov literatúry.

Nie sú takéto fotokatalytické produkty príliš zložité na použitie?

– Fotokatalytické farby sa ľahko používajú. Nevyžadujú použitie špeciálnych aplikačných technológií ani špeciálneho vybavenia. Nátery sa vyrábajú tradičnými metódami, pomocou štetca, valčeka alebo nástreku. Keďže sú vodou riediteľné, nie je problém ani so zápachom a výstroj je možné umývať vodou.

Autorom textu je PIGMENT, výrobca fotokatalytických farieb s obchodným názvom TITANIUM®. Pozývame vás pozrieť si našu ponuku Titanium IN , teraz za novú, nižšiu cenu.