Titánová IN interiérová farba – proces fotokatalýzy a vírusy

Ale čo presne je fotokatalýza? Čo sú fotokatalyzátory? 

Na tieto otázky odpovedal prof. Antoni Morawski, PhD, DSc, Eng., z Katedry anorganickej chemickej technológie a environmentálneho inžinierstva na Západopomoranskej technickej univerzite v Štetíne.

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

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

– Schopnosť oxidu titaničitého (TiO2 ) pôsobiť ako fotokatalyzátor je známa už desaťročia (konkrétne od roku 1921). Táto vlastnosť však nebola mnoho rokov všeobecne ocenená. Záujem o využitie fotokatalytických vlastností TiO2 sa znovu objavil s publikáciou článku o fotoelektrolýze vody od Fujishimy a Hondy v roku 1972. Táto aktivita bola čoskoro využitá na oxidáciu znečisťujúcich látok, čistenie odpadových vôd, čistenie pitnej vody a úpravu vody na priemyselné umývanie zeleniny. Filtre potiahnuté oxidom titaničitým sa používali na dezinfekciu vzduchu. Mnohé následné štúdie preukázali užitočnosť fotokatalýzy na dezinfekciu vody vrátane ničenia baktérií. Bol objavený potenciál pre ničenie rakovinových buniek. Použitie TiO2 v náteroch farieb sa však stalo novinkou.

A čo vírusy? Je to momentálne veľmi diskutovaná téma.

– V poslednej dobe sa na túto tému objavilo množstvo publikácií. Napríklad Japonci „Fotokatalytická inaktivácia vírusu chrípky tenkým filmom oxidu titaničitého“ ₍ R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A. Fujishima, K. Sunada, M. Minoshima, K. Hashimoto, Y. Kubota – „Fotochemická a fotokatalytická veda“, 2012).

Podobne v práci „Eksterminácia vírusu chrípky H1N1 novým fotokatalyzátorom indukovaným viditeľným svetlom pod fluorescenčným svetlom“ (Sei-Young Choi Bongrae Cho – „Výskum vírusov“, 2018) sa potvrdila antivírusová aktivita fotokatalyzátora na báze TiO2 _s prídavkom prechodných kovov (železo, horčík a mangán) proti vírusu chrípky H1N1. V testoch bol vírus eliminovaný o viac ako 99 % v priebehu 30 minút. Uviedlo sa, že „ bolo by žiaduce použiť tento fotokatalyzátor na dezinfekciu, aby sa znížil prenos vírusu kvapôčkami a aerosólmi, ako aj povrchovým kontaktom .“ EAKozlov a kol. V publikácii Inaktivácia a mineralizácia modelových patogénnych mikroorganizmov nanesených v aerosóloch na TiO2 _a Pt/TiO2 ₍ Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) sa preukázalo, že na čistom TiO2 _sa po 30 minútach ožiarenia UVA dosiahne 90 % inaktivácia vírusu chrípky A (H3N2) a na TiO2 _{modifikovanom} platinou – 99,8 % inaktivácia tohto vírusu.

Rozsiahle štúdie 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 TiO2 _– Catalysts , 2013). Študovali grampozitívne baktérie, ako napríklad meticilín-rezistentný Staphylococcus aureus vankomycín-rezistentný Enterococcus faecalis penicilín-rezistentný Streptococcus pneumoniae Escherichia coli a Pseudomonas aeruginosa, boli inaktivované postupne. Počas testov boli inaktivované aj vírus chrípky (obalený vírus) a mačací kalicivírus (neobalený vírus).

Vyššie uvedené štúdie (a mnohé ďalšie) jasne potvrdzujú, že fotokatalyzátory sú účinnou metódou proti mnohým škodlivým patogénom a v tomto smere prebieha intenzívna práca na celom svete.

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

„Povrchy kontaminované mikroorganizmami predstavujú hrozbu pre ľudí okolo nich. Roztoče, baktérie, vírusy a plesne sa hromadia na stenách a v zariadení izieb. To vedie k astme, alergiám a infekciám. To platí pre obytné aj zdravotnícke priestory. Množstvo informácií dostupných v literatúre poukazuje na účinnosť fotokatalytického TiO2 _pri deaktivácii rôznych mikroorganizmov vrátane baktérií, vírusov, húb a kvasiniek.

Infekčné choroby spôsobené baktériami rezistentnými na antimikrobiálne látky sa stávajú hlavným problémom v súvislosti s používaním antibiotík na celom svete. Pretrvávanie týchto mikroorganizmov na povrchoch a zdravotníckych pomôckach vedie k prenosu chorôb získaných v nemocnici. Predpokladá sa, že patogény získané v nemocnici prispievajú k mnohým úmrtiam.

Na celom svete sa vyvíja mnoho pokročilých technológií na zníženie mikrobiálnej záťaže v nemocničnom prostredí. Nové stratégie na prevenciu súvisiacich infekcií sa neustále vyvíjajú vrátane hygienických postupov s použitím nových tekutých biocídov alebo bezdotykových technológií, poťahovania dezinfekčných povrchov kovmi (meď, striebro) alebo svetlom aktivovanými katalyzátormi, ako sú nanočastice TiO2₂.

Výzvy spojené s infekciami v zdravotnej starostlivosti a rastúce šírenie baktérií rezistentných na antimikrobiálne látky vedú vedcov k skúmaniu oblasti nanotechnológií a fotokatalýzy ako nového zdroja zlepšenia hygieny v nemocniciach.

Zistilo sa, že materiály, ktoré sú inertné vo svojej základnej forme, sú reaktívne aj v nanočasticovej forme a v prípade oxidu titaničitého je aktivita vyššia pod UV a viditeľným žiarením. Očakáva sa, že fotokatalyzátory sa budú široko používať proti mnohým škodlivým patogénom.

Využitie vynikajúceho fotokatalytického účinku TiO2 _s tvorbou silného oxidačného činidla vo forme hydroxylového radikálu na povrchu je technologicky uskutočniteľná technológia a jej výroba v priemyselnom meradle je relatívne jednoduchá a lacná.

Najjednoduchšou a zároveň veľmi účinnou metódou je natrieť steny a stropy farbou obsahujúcou fotokatalyzátor.

 Ale nie sú takéto opatrenia škodlivé? Pre ľudí a životné prostredie?

– Tradičné metódy, ako je dezinfekcia zlúčeninami chlóru, zahŕňajú produkciu karcinogénnych vedľajších produktov dezinfekcie, Cl2 _. Zmeny v predpisoch o kvalite vody viedli k väčšiemu dôrazu na alternatívne dezinfekčné mechanizmy. Používanie ozónu je dosť problematické kvôli potrebe nákladného generátora ozónu a veľmi krátkej „životnosti“ ozónu (krátky polčas rozpadu), čo neposkytuje trvalú ochranu životného prostredia.

Oxid titaničitý _TiO2 v stavebných materiáloch (steny, stropy, podlahy atď.) je vo svojej podstate menej škodlivý pre životné prostredie. Fotoaktívne materiály adsorbujú znečisťujúce látky a mikroorganizmy na svojom povrchu a potom sa pod vplyvom UV žiarenia a viditeľného žiarenia, a to aj z bežných žiaroviek, inaktivujú alebo rozkladajú na oxid uhličitý a vodu. Fotoaktívne materiály neuvoľňujú do životného prostredia toxické vedľajšie produkty (ako typické chemické prípravky) a zabezpečujú účinnú a nepretržitú dezinfekciu prostredia.

Ako môžeme tieto objavy využiť v našom každodennom živote? Ak sú takéto povrchy, steny a stropy potiahnuté fotokatalytickými farbami účinné v zdravotníctve, budú vhodné na použitie v obytných priestoroch? Mohli by pomôcť znížiť infekcie v domácnostiach?

Fotokatalytické povrchy môžu byť superhydrofilné, čo znamená, že voda sa rozprestiera po povrchu a umožňuje odplavenie nečistôt. Medzi komerčné aplikácie patria samočistiace okná (napr. San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ a Sunclean™) a sklenené kryty pre osvetlenie tunelov. Tieto povlaky sú prirodzene priehľadné.

Fotokatalyzátor sa môže použiť na natieranie stien, stolov a iných povrchov, aby sa znížili kontaktné infekcie. Obklady stien (dlaždice a škárovacia hmota) potiahnuté TiO2 _tiež poskytujú účinný samočistiaci a dezinfekčný materiál. Infekciu vírusmi chrípky šírenými kvapôčkami (kašeľ, kýchanie) možno v interiéri znížiť ich adsorpciou na fotoaktívne povrchy.

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

Nie sú takéto fotokatalytické produkty príliš komplikované na používanie?

Fotokatalytické farby sa ľahko používajú. Nevyžadujú si špeciálne aplikačné techniky ani vybavenie. Nátery sa nanášajú tradičnými metódami, ako sú štetce, valčeky alebo striekacie pištole. Keďže sú na vodnej báze, nevzniká žiadny problém so zápachom a vybavenie sa dá umývať vodou.

interiérovej farby Titanium IN , teraz za novú, nižšiu cenu.