Внутрішня фарба Titanium IN – процес фотокаталізу та віруси

Але що насправді таке фотокаталіз? Що таке фотокаталізатори?  

На ці питання відповів проф. доктор філософії інженер Антоні Моравскі з кафедри неорганічної хімічної технології та інженерії навколишнього середовища Західнопоморського технологічного університету в Щецині.

– Згідно з визначенням – фотокаталіз – це зміна швидкості хімічної реакції або її ініціювання під дією ультрафіолетового та/або видимого випромінювання в присутності речовини (фотокаталізатора), яка поглинає випромінювання та дає можливість окисно-відновній хімічній речовині. реакція, яка має відбуватися на поверхні, наприклад, між киснем з повітря та адсорбованими забрудненнями, які також можуть бути патогенними мікроорганізмами. Гідроксильні радикали, що утворюються на поверхні фотокаталізатора, мають вищий потенціал окислення, ніж озон, що важливо для дезінфекції.

Це нове відкриття? Може, ще недостатньо перевірено?

– Здатність діоксиду титану (TiO 2 ) діяти як фотокаталізатор відома протягом кількох десятиліть (точніше 1921 року). Але ця функція не була високо оцінена протягом багатьох років. Інтерес до використання фотокаталітичних властивостей TiO 2 знову виник, коли в 1972 році Фуджісіма та Хонда опублікували статтю про фотоелектроліз води. Невдовзі цю активність використовували для окислення забруднюючих речовин, очищення стічних вод, очищення питної води та очищення води. для промислового миття овочів. Для знезараження повітря використовували фільтри з двоокисом титану. Багато подальших досліджень продемонстрували корисність фотокаталізу для дезінфекції води, включаючи знищення бактерій. Були виявлені потенційні можливості знищення ракових клітин. Однак новим є використання переваг TiO 2 у лакофарбових покриттях.

А як щодо вірусів? Зараз це така актуальна тема.

– Останнім часом з’явилося багато публікацій на цю тему. Наприклад, у своїй роботі Photocatalytic influenza virus by titanium dioxide thin film японці продемонстрували інактивацію вірусу грипу за допомогою фотокаталізу з використанням наночастинок TiO ₂ (R. Nakano, H. Ishiguro, Y. Yao, J. Kajioka, A Фуджісіма, К. Сунада, М. Міносіма, К. Хасімото, Ю. Кубота - «Фотохімічна та фотокаталітична наука», 2012).

Подібним чином у роботі «Знищення вірусу грипу H1N1 за допомогою нового індукованого видимим світлом фотокаталізатора під флуоресцентним світлом» (Sei-Young Choi Bongrae Cho – «Virus Research», 2018) було підтверджено, що фотокаталізатор на основі TiO ₂ з додавання перехідних металів (заліза, магнію та марганцю) виявило противірусну дію проти вірусу грипу H1N1. Під час тестування вірус було знищено на понад 99% протягом 30 хвилин. Як зазначено - " було б бажано використовувати цей фотокаталізатор для дезінфекції, щоб зменшити передачу вірусу через краплі та аерозолі, а також через поверхневий контакт ". E.A.A.Kozlov et al., у публікації Inactivation and Mineralization of Aerosol Deposited Model Pathogenic Microorganisms over TiO ₂ and Pt/TiO ₂ (Environmental Science and Technology, 2010, 44, 512-51-26) доведено, що на чистому TiO ₂ через 30 хв. опромінення випромінюванням UVA призводить до 90% інактивації вірусу грипу А (H3N2), а на TiO ₂ , модифікованого платиною - 99,8% інактивації цього вірусу.

Великі дослідження в іншій роботі також здійснили Р. Накано, М. Хара, Х. Ішігуро, Ю. Яо, Т. Очіаі, К. Наката, Т. Муракамі, Дж. Каджіока, К. Сунада, К. Хасімото, A. Fujishima, Y. Kubota ( Широкий спектр мікробіцидної активності фотокаталізу TiO ₂ – каталізатори, 2013). Серед інших вивчали грампозитивні бактерії, наприклад, метицилінрезистентний Staphylococcus aureus ванкоміцинрезистентний Enterococcus faecalis Streptococcus pneumoniae , які легко інактивувалися фотокаталізом, тоді як деякі грамнегативні бактерії, наприклад, Escherichia coli та Pseudomonas aeruginosa були стійкі до багатьох препаратів деактивувалися поступово. Вірус грипу (вірус з оболонкою) і каліцивірус котів (вірус без оболонки) також були інактивовані під час випробувань.

Вищенаведені дослідження (і багато інших) чітко підтверджують, що фотокаталізатори є ефективним методом проти багатьох шкідливих патогенів, і інтенсивна робота в цьому напрямку ведеться у всьому світі.

Ви згадали, що пофарбовані стіни можуть допомогти захистити ваше здоров'я? Чи це не помилка?

– Поверхні, забруднені мікроорганізмами, становлять загрозу для людей, які живуть серед них. На стінах і меблях накопичуються пилові кліщі, бактерії, віруси та цвіль. Це призводить до астми, алергії та інфекцій. Це стосується як житлових приміщень, так і закладів охорони здоров’я. Велика кількість інформації, доступної в літературі, демонструє ефективність фотокаталітичного TiO ₂ у дезактивації різноманітних мікроорганізмів, включаючи бактерії, віруси, гриби та дріжджі.

Інфекційні захворювання, спричинені стійкими до антимікробних препаратів бактеріями, стають однією з головних проблем використання антибіотиків у всьому світі. Виживання цих мікроорганізмів на медичних поверхнях і приладах призводить до передачі нозокоміальних захворювань. Вважається, що нозокоміальні збудники є причиною багатьох смертей.

Багато передових технологій розробляються в усьому світі для зменшення мікробного навантаження в лікарняних середовищах. Нові стратегії запобігання пов’язаним інфекціям постійно розвиваються, зокрема: гігієнічні процедури з використанням нових рідких біоцидів або безконтактних технологій, покриття поверхонь для дезінфекції металами (мідь, срібло) або каталізаторами, активованими світлом, такими як наночастинки TiO ₂.

Проблеми, пов’язані з інфекціями в охороні здоров’я, і збільшення поширення бактерій, стійких до антимікробних препаратів, спонукають науковців до дослідження цієї галузі нанотехнологій і фотокаталізу як нового джерела покращення гігієни в лікарнях.

Було також виявлено, що матеріали, які є інертними у своїй основній формі, є реакційноздатними, коли присутні у формі наночастинок, а у випадку діоксиду титану активність вища в ультрафіолетовому та видимому випромінюванні. Очікується, що фотокаталізатори будуть широко використовуватися проти багатьох шкідливих патогенів.

Використання відмінного фотокаталітичного ефекту TiO ₂ з генерацією сильного окислювача на поверхні у вигляді гідроксильного радикалу є технологічно здійсненною технологією, а її виробництво в промислових масштабах є відносно легким і недорогим.

Найпростішим і в той же час дуже ефективним способом є фарбування стін і стелі фарбою, що містить фотокаталізатор.

 Але хіба такі заходи не шкідливі? Для людини, навколишнього середовища?

– У випадку традиційних методів, наприклад, дезінфекції сполуками хлору, це пов’язано з появою канцерогенних побічних продуктів дезінфекції Cl ₂ . Зміни в нормах щодо якості води призвели до більшого акценту на альтернативних механізмах дезінфекції. Використання озону є досить клопітним через необхідність мати недорогий генератор озону та дуже короткий «життя» озону (короткий період напіврозпаду), що не захищає навколишнє середовище.

Діоксид титану TiO ₂ у будівельних матеріалах (стіни, стелі, підлоги тощо) природно менш шкідливий для навколишнього середовища. Фотоактивні матеріали адсорбують забруднювачі та мікроорганізми на своїй поверхні, а потім інактивують або розкладаються на вуглекислий газ і воду під впливом УФ-випромінювання та видимого випромінювання, наявного навіть у звичайних лампочках освітлення. Фотоактивні матеріали не виділяють токсичних побічних продуктів у навколишнє середовище (як типові хімічні препарати) і забезпечують ефективну та безперервну дезінфекцію навколишнього середовища.

Як ми можемо використовувати ці відкриття у повсякденному житті? Якщо такі поверхні, стіни та стелі, вкриті фотокаталітичними фарбами, ефективно працюють в охороні здоров'я, чи будуть вони працювати в житлових приміщеннях? Чи можуть вони допомогти зменшити зараження в квартирах?

– Фотокаталітичні поверхні можуть бути супергідрофільними, тобто вода поширюється поверхнею, дозволяючи змити бруд, наприклад, у промислових цілях, які використовуються для виробництва самоочисних вікон (наприклад, San Gobain Bioclean™, Pilkington Active™ і Sunclean™) і таких скляних покриттів. для ламп освітлення тунелів. Звичайно, це прозорі покриття.

Фотокаталізатор можна використовувати для покриття стін, столів та інших поверхонь для зменшення інфекцій, пов’язаних із інфекцією через непрямий контакт. Настінні плитки (плитка та розчин), покриті TiO ₂ , також є ефективним самоочисним і дезінфікуючим матеріалом. Зараження вірусами грипу, що поширюються повітряно-крапельним шляхом (кашель, чхання), можна обмежити в приміщенні, адсорбувавши їх на фотоактивних поверхнях.

Таким чином, покриття стін і стелі фарбою, що містить фотокаталізатор, може ефективно обмежити поширення мікроорганізмів, у тому числі патогенних, як представлено вище в короткому списку літературних описів.

Чи не надто складні у використанні такі фотокаталітичні продукти?

– Фотокаталітичні фарби прості у використанні. Вони не вимагають застосування спеціальних технологій нанесення або спеціального обладнання. Покриття наносять традиційними методами, пензлем, валиком або розпилювачем. Оскільки вони водорозчинні, немає проблем із запахом, і обладнання можна мити водою.

Автор тексту – виробник фотокаталітичних фарб PIGMENT під торговою назвою TITANIUM®. Ми запрошуємо вас ознайомитися з нашою пропозицією Titanium IN за новою, нижчою ціною.