Alles über Photokatalyse

Die Photokatalyse kommt in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz, u. a. bei der Behandlung von Luft und Wasser sowie bei Anwendungen in der industriellen Welt. Sie ist eine hochwirksame Methode zur Entfernung von Luftschadstoffen aus unserer Atemluft, insbesondere von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs). Was genau ist Photokatalyse? Wie funktioniert sie? Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.

Was ist Photokatalyse?

Photokatalyse, auch photokatalytischer Abbau genannt, ist ganz einfach eine chemische Reaktion, die durch Licht beschleunigt wird. Die Etymologie sagt uns, dass "Foto" "Licht" und "Katalyse" "Auflösung" bedeutet. Ein Katalysator verursacht oder beschleunigt eine chemische Reaktion.

Photokatalyse im Prinzip

Die Photokatalyse ist eine einfache Redoxreaktion (Reduktion-Oxidation), bei der ein Halbleiter (Titanoxid oder TiO2, der Katalysator) durch Licht (UV-Strahlen) aktiviert wird. Sie ist die Zersetzung und der Abbau von Schadstoffen durch den Einsatz von Lichtstrahlen auf der Oberfläche eines Katalysators (genauer gesagt: Photokatalysator). Das Ergebnis des Prozesses sind Wasser und Kohlendioxid.

Photokatalyse in der Praxis: Funktioniert sie in einem Luftreiniger?

Ein Luftreinigungsgerät, das Photokatalyse-Technologien enthält, nutzt die photokatalytische Oxidationstechnologie, um die Raumluft zu reinigen.

In der Mitte eines Luftreinigers befinden sich die Strahlen der UV-Lampe. Diese Strahlen treffen dann auf die innere Schicht des mehrschichtigen Filters, der aus TiO2, einem Photokatalysator, besteht.

Wenn TiO2 und UV-Licht zusammenkommen, kommt es zu einer Reaktion zwischen dem in der Luft vorhandenen Sauerstoff und Wasser, wobei freie Radikale (auch "aktiver Sauerstoff" genannt) entstehen. Diese freien Radikale sind stark umweltschädlich und zerstören Schadstoffe in der Luft. Dieses Verfahren ist für alle Arten von Schadstoffen geeignet, besonders aber für flüchtige organische Verbindungen. Die gereinigte Luft wird dann wieder in den Raum zurückgeführt.

Hier eine etwas technischere Erklärung für die Chemieliebhaber:

• TiO2, ein Katalysator, setzt Elektronen frei, wenn er durch die UV-Strahlen angeregt wird.
• Diese Elektronen reagieren mit den in der Luft vorhandenen Wassermolekülen (H20).
• Die Wassermoleküle spalten sich dann in Hydroxylradikale (OH) auf.
• Die Hydroxylradikale greifen dann größere organische (kohlenstoffhaltige) Schadstoffe an, brechen ihre chemischen Bindungen auf und wandeln sie in eine harmlose Substanz um (wie CO2 und Wasser)².

Fachleute neigen dazu, vorsichtig über sie zu sprechen, weil freie Radikale einen negativen Beigeschmack haben und oft Angst hervorrufen. Freie Radikale, die natürlicherweise in der Luft vorhanden sind, können die Haut schädigen, weshalb Gesundheitsexperten den Verzehr von Lebensmitteln empfehlen, die Antioxidantien enthalten: Diese Moleküle kämpfen, um uns vor diesen Schäden zu schützen. Doch gerade die starke Reaktivität dieser Moleküle ermöglicht es ihnen auch, die Luftverschmutzung so wirksam zu bekämpfen. Glücklicherweise findet bei der Photokatalyse alles im Inneren des Geräts statt, so dass wir vor jeglichem Schaden geschützt sind.

In Abwesenheit von chemischen Verschmutzung werden die freien Radikale einfach rekombinieren. Ihre hohe Reaktivität mit den umgebenden Molekülen sorgt für eine sehr kurze Lebensdauer. Das folgende Schema zeigt den Prozess der Photokatalyse etwas detaillierter (mit TiO2 als Katalysator, oder genauer gesagt Photokatalysator, in diesem Fall).

Quelle ¹

Gegen welche Arten von Verschmutzung ist die Photokatalyse gerichtet?

Als Technologie zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung ist die Photokatalyse keine Art der Filtration. Vielmehr handelt es sich um eine Reaktion, die besonders wirksam gegen chemische Verschmutzungen und gasförmige Schadstoffe, so genannte VOC, ist. VOCs kommen zwar in der Natur vor, sind aber meist menschlichen Ursprungs und gefährlich. VOC sind ein häufiges Ergebnis industrieller Aktivitäten und werden mit Produkten wie Lösungsmitteln, Reinigungsmitteln, Sprays, kosmetischen Produkten und Farben in Verbindung gebracht.

Einige der wichtigsten VOC, die durch Photokatalyse entfernt werden, sind Stickstoffoxide, Kohlendioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO), Formaldehyd, Ethanol, Butan, Toluol, Benzol und Aceton.

Jüngste wissenschaftliche Studien haben Ergebnisse vorgelegt, die die Wirksamkeit der Photokatalyse bei der Bekämpfung von Schadstoffen in der Luft belegen:

• Die Photokatalyse erreicht selbst bei geringer Intensität und unter Verwendung von TiO2 als Photokatalysator eine Verringerung der Stärke und Ausbreitung von Influenzaviren³
• Durch den Einsatz von TiO2-Filmen tragen photokatalytische Technologien zur Beschleunigung des Abbaus von E. coli Bakterien und dem Herpes-simplex-Virus sowie anderen organischen Stoffen⁴
• Die Photokatalyse wurde zu einer "umweltfreundlichen Reinigungsmethode erklärt, die den Prozess der Natur nachahmt und über ein großes Potenzial verfügt, als Schlüsseltechnologie für die Luftreinigung und den Abbau von Luftverschmutzung entwickelt zu werden"^5,7
• Angesichts der Notwendigkeit, Lösungen für die Gefahren der Luftverschmutzung für die menschliche Gesundheit zu finden, ist die Zukunft vielversprechend für den Einsatz der Photokatalyse als Methode zum Abbau chemischer Verunreinigungen und zur Photodesinfektion von Krankheitserregern⁶

Die Vorteile der Eoleaf-Photokatalyse-Technologie

Die Photokatalyse ist eine wirksame Methode zur Beseitigung von Luftschadstoffen in jedem Umfeld, sowohl in Privathaushalten als auch in Bürogebäuden. Für die Photokatalyse werden keine Chemikalien oder externe Energie benötigt, sondern nur das Licht der integrierten UV-Lampe und ein Katalysator.

Individuelle Einstellungen

Was die Photokatalyse als Technologie zur Schadstoffentfernung so interessant macht, ist, dass sie Schadstoffe nicht einfach auffängt, wie es ein Filter tut. Wenn ein Filter Schadstoffe auffängt, verschwinden sie nicht einfach: Sie müssen noch irgendwie zerstört werden!

Die Photokatalyse wandelt gefährliche chemische Schadstoffe vollständig in Substanzen um, die uns nicht schaden können. Sie werden dann ausgelöscht oder vollständig zerstört².

Die Photokatalyse kann insbesondere VOCs, Schimmelpilze und deren Sporen sowie Krankheitserreger (Bakterien und Viren) die in der Luft schweben.

Professionelle Umgebungen

In einer Büroumgebung kann saubere Luft eine Reihe von Vorteilen bieten.

Hochwertige Luftreiniger mit photokatalytischen Luftfiltern können die Luftqualität drastisch verbessern. Sie zerstören Luftverschmutzungspartikel, die zu Krankheiten führen können bei Arbeitnehmern führen können (einschließlich Viren wie COVID-19 und ihre Varianten). Dies kann den Krankenstand der Mitarbeiter verringern und die Produktivität erhöhen.

Eine schlechte Raumluftqualität kann zu unangenehmen und störenden Symptomen wie Kopfschmerzen, Schwindel und Atembeschwerden führen. Sie kann auch bestehende Erkrankungen verschlimmern, insbesondere Asthma (Auslösung von Asthmaanfällen), chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) und Herzkrankheiten. Luftverschmutzung in Innenräumen führt auch zu einer Verschlimmerung von Allergie Symptome, Müdigkeit und wirkt sich aus auf psychische Gesundheit.

Der Eoleaf-Unterschied

Wenn Photokatalyse-Technologien mit anderen Technologien in einem Gerät kombiniert werden, entsteht ein Gerät, das in der Lage ist, alle in unserer Innenraumluft vorkommenden Luftschadstoffe zu bekämpfen. Aus diesem Grund sind die Produkte von Eoleaf mit einem patentierten Filter ausgestattet, der 8 verschiedene Filtrationstechnologien die zusammenarbeiten, um Ihnen die besten Luftfilterungsmöglichkeiten auf dem heutigen Markt zu bieten.

Mit unseren Geräten können Sie VOCs und chemische Verunreinigungen bekämpfen, biologische Verschmutzung, Allergene, Keime und Feinstaubbelastung (Feinstaub oder PM). Unsere Luftreiniger können auch Folgendes bekämpfen unangenehme Gerüche in Ihrer Wohnung oder Ihrem Büro durch unsere Aktivkohlefilter!

Unsere Photokatalyse-Technologie emittiert kein Ozon. Die Photokatalyse ermöglicht es, das in der Luft vorhandene Ozon zu zerstören und sogar die Bildung von Ozon zu verhindern, indem seine Vorläufer (Oxide und andere Gase) abgebaut werden.

Ressourcen

¹ Samson, I. (n.d.). Integration biomimetischer Prinzipien als Instrument für eine nachhaltige Gebäudeplanung in einem Einkaufszentrum im Bundesstaat Lagos. Föderale Technische Universität Minna. https://www.researchgate.net/publication/339281465_INTEGRATION_OF_BIOMIMETIC_PRINCIPLES_AS_A_TOOL_FOR_SUSTAINABLE_BUILDING_DESIGN_IN_SHOPPING_MALL_IN_LAGOS_STATE

² Woodford, C. (2022, 5. September). Wie funktionieren photokatalytische Luftreiniger? Explain that Stuff. https://www.explainthatstuff.com/how-photocatalytic-air-purifiers-work.html

³ Nakano R, Ishiguro H, Yao Y, Kajioka J, Fujishima A, Sunada K, Minoshima M, Hashimoto K, Kubota Y. Photokatalytische Inaktivierung von Influenzaviren durch Titandioxid-Dünnschicht. Photochem Photobiol Sci. 2012 Aug;11(8):1293-8. doi: 10.1039/c2pp05414k. Epub 2012 May 14. PMID: 22580561.

⁴ Hajkova, P., Spatenka, P., Horsky, J., Horska, I., & Kolouch, A. (2007). Photokatalytische Wirkung von tio2-Filmen auf Viren und Bakterien. Plasmaprozesse und Polymere, 4(S1). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ppap.200731007

⁵ He, F., Jeon, W. & Choi, W. Photocatalytic air purification mimicking the self-cleaning process of the atmosphere. Nat Commun 12, 2528 (2021). https://www.nature.com/articles/s41467-021-22839-0

⁶ Ren, H., Koshy, P., Chen, W.-F., Qi, S., & Sorrell, C. C. (2017a). Photokatalytische Materialien und Technologien für die Luftreinigung. Journal of Hazardous Materials, 325, 340-366. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389416307968?via%3Dihub.

⁷ Sharma, S., Kumar, R., Raizada, P., Ahamad, T., Alshehri, S. M., Nguyen, V.-H., Thakur, S., Nguyen, C. C., Kim, S. Y., Le, Q. V., & Singh, P. (2022). Ein Überblick über die jüngsten Fortschritte bei der photokatalytischen Luftreinigung: Metallbasierte und metallfreie Photokatalyse. Environmental Research, 214, 113995. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013935122013226