Alles over fotokatalyse

Fotokatalyse is te vinden op verschillende gebieden, waaronder de behandeling van lucht, water en in toepassingen in de industriële wereld. Het is een zeer effectieve methode om verontreinigende stoffen uit onze ademlucht te verwijderen, vooral vluchtige organische stoffen (VOC's). Wat is fotokatalyse precies? Hoe werkt het? Lees verder voor meer informatie.

Wat is fotokatalyse?

Fotokatalyse, ook wel fotokatalytische afbraak genoemd, is heel eenvoudig een chemische reactie die wordt versneld door licht. Etymologie vertelt ons dat 'foto' 'licht' betekent en 'katalyse' 'oplossen'. Een katalysator veroorzaakt of versnelt een chemische reactie.

Fotokatalyse in principe

Fotokatalyse is een eenvoudige redoxreactie (reductie-oxidatie) waarbij een halfgeleider (titaniumoxide of TiO2, de katalysator) geactiveerd wordt door licht (UV-stralen). Het is de afbraak en ontbinding van vervuilende stoffen door het gebruik van lichtstralen op het oppervlak van een katalysator (meer specifiek fotokatalysator). Het proces resulteert in water en kooldioxide.

Fotokatalyse in de praktijk: werkt het in een luchtreiniger?

Een luchtzuiveringsapparaat dat fotokatalysetechnologieën bevat, maakt gebruik van fotokatalytische oxidatietechnologie om binnenlucht te zuiveren.

In het midden van een luchtreiniger bevinden zich de stralen van de UV-lamp. Deze stralen vallen vervolgens op de binnenste laag van het meerlaagse filter dat gemaakt is van TiO2, een fotokatalysator.

Wanneer TiO2 en UV-licht samenkomen, vindt er een reactie plaats tussen de zuurstof en het water in de lucht, waarbij vrije radicalen worden gegenereerd (ook wel 'actieve zuurstof' genoemd). Deze vrije radicalen zijn zeer vervuilend en vernietigen verontreinigende stoffen in de lucht. Dit proces is nuttig tegen alle soorten verontreinigende stoffen, maar is vooral nuttig tegen VOC's. De gezuiverde lucht wordt vervolgens terug de ruimte in gerecirculeerd.

Hier volgt een meer technische uitleg voor de scheikundeliefhebbers:

• TiO2, een katalysator, laat elektronen vrij wanneer het energie krijgt van de UV-stralen.
• Deze elektronen interageren met watermoleculen (H20) in de lucht.
• De watermoleculen vallen dan uiteen in hydroxylradicalen (OH).
• De hydroxylradicalen vallen vervolgens grotere organische (op koolstof gebaseerde) verontreinigende stoffen aan, waardoor hun chemische bindingen uiteenvallen en ze worden omgezet in een onschadelijke stof (zoals CO2 en water)².

Professionals zijn vaak voorzichtig als ze erover praten, omdat vrije radicalen een slechte bijklank hebben en vaak angst oproepen. Vrije radicalen die van nature in de lucht aanwezig zijn, kunnen de huid beschadigen en daarom raden gezondheidsdeskundigen aan om voedingsmiddelen met antioxidanten te consumeren: deze moleculen vechten om ons tegen deze schade te beschermen. Het is echter juist de sterke reactiviteit van deze moleculen die hen ook in staat stelt om luchtvervuiling zo effectief te bestrijden. Gelukkig gebeurt in het geval van fotokatalyse alles binnen het apparaat, zodat we volkomen beschermd zijn tegen alle schade.

Bij afwezigheid van chemische vervuiling zullen vrije radicalen eenvoudigweg recombineren. Hun hoge reactiviteit met omringende moleculen zorgt voor een zeer korte levensduur. Het schema hieronder toont het fotokatalyseproces in wat meer detail (met TiO2 als katalysator, of meer specifiek fotokatalysator, in dit geval).

Bron ¹

Welke soorten vervuiling worden aangepakt door fotokatalyse?

Als technologie om vervuiling tegen te gaan, is fotokatalyse geen soort filtratie. Het is eerder een reactie die bijzonder effectief is tegen chemische vervuiling en gasvormige verontreinigende stoffen, gewoonlijk VOC's genoemd. Hoewel VOC's in de natuur gevonden kunnen worden, zijn ze meestal van menselijke oorsprong en gevaarlijk. VOC's komen vaak voor bij industriële activiteiten en zijn gekoppeld aan producten zoals oplosmiddelen, schoonmaakmiddelen, sprays, cosmetische producten en verf.

Enkele van de meest opvallende VOC's die door fotokatalyse worden verwijderd zijn stikstofoxiden, kooldioxide (CO2), koolmonoxide (CO), formaldehyde ethanol, butaan, tolueen, benzeen en aceton.

Recente wetenschappelijke studies hebben bevindingen gepresenteerd die de effectiviteit aantonen van fotokatalyse bij het bestrijden van vervuilende stoffen in de lucht:

• Fotokatalyse, zelfs bij een lage intensiteit met TiO2 als fotokatalysator, vermindert de kracht en verspreiding van griepvirussen.³
• Met het gebruik van TiO2-films helpen fotokatalytische technologieën de afbraak van E. coli bacteriën en het Herpes simplex virus, naast ander organisch materiaal.⁴
• Fotokatalyse is uitgeroepen tot een "milieuvriendelijke verwijderingsmethode die het proces van de natuur nabootst en een groot potentieel heeft om te worden ontwikkeld als een sleuteltechnologie voor luchtzuivering en de afbraak van luchtverontreiniging".^5,7
• Met de noodzaak om oplossingen te vinden voor de gevaren van luchtverontreiniging voor de menselijke gezondheid, is de toekomst veelbelovend voor het gebruik van fotokatalyse als methode voor fotodegradatie van chemische verontreinigingen en fotodesinfectie van ziekteverwekkers.⁶

BEKIJK ONZE PRODUCTEN

De voordelen van de Eoleaf fotokatalysetechnologie

Fotokatalyse is een effectieve methode om verontreinigende stoffen uit de lucht te verwijderen in elke omgeving, zowel in individuele huishoudens als in kantoorgebouwen. Voor fotokatalyse zijn geen chemicaliën of externe energie nodig, alleen het licht van de geïntegreerde UV-lamp en een katalysator.

Individuele instellingen

Wat fotokatalyse zo interessant maakt als ontreinigingstechnologie is dat het niet simpelweg verontreinigende stoffen opvangt, zoals een filter dat doet. Wanneer een filter vervuilende stoffen opvangt, verdwijnen ze niet zomaar: ze moeten nog op de een of andere manier worden vernietigd!

Fotokatalyse zet gevaarlijke chemische verontreinigende stoffen volledig om in stoffen die ons niet kunnen schaden. Ze worden dan uitgeroeid of volledig vernietigd².

Fotokatalyse kan met name VOC's, schimmels en hun sporen en ziektekiemen (bacteriën en virussen) bestrijden. ziektekiemen (bacteriën en virussen) die in de lucht zweven.

Professionele omgevingen

In een kantooromgeving kan schone lucht een handvol voordelen bieden.

Hoogwaardige luchtreinigers met fotokatalytische luchtfilters kunnen de luchtkwaliteit drastisch verbeteren. Ze vernietigen luchtverontreinigingsdeeltjes die kunnen leiden tot ziekte onder werknemers (waaronder virussen zoals COVID-19 en varianten daarvan). Hierdoor hoeven werknemers minder vaak ziekteverlof op te nemen en neemt de productiviteit toe.

Een slechte luchtkwaliteit binnenshuis kan leiden tot ongemakkelijke en storende symptomen zoals hoofdpijn, duizeligheid en ademhalingsmoeilijkheden. Het kan ook bestaande aandoeningen verergeren, vooral astma (astma-aanvallen uitlokken), chronische obstructieve longziekte (COPD) en hartaandoeningen. Binnenluchtvervuiling leidt ook tot verergering van allergie symptomen, vermoeidheiden beïnvloedt geestelijke gezondheid.

Het verschil met Eoleaf

Wanneer fotokatalysetechnologieën worden gecombineerd met andere technologieën in één apparaat, ontstaat een apparaat dat alle luchtverontreinigende stoffen in onze binnenlucht kan bestrijden. Daarom zijn de producten van Eoleaf uitgerust met een gepatenteerd filter dat het volgende bevat 8 verschillende filtratietechnologieën die samenwerken om je de beste luchtfiltratiemogelijkheden op de huidige markt te bieden.

Met onze apparaten kunt u VOC's en chemische vervuiling bestrijden, biologische vervuilingallergenen, ziektekiemen en fijne deeltjes (fijnstof of PM). Onze luchtreinigers kunnen ook onaangename geuren in je huis of kantoor bestrijden dankzij onze actieve koolstoffilters!

Onze fotokatalyse technologie geeft geen ozon. In feite maakt fotokatalyse het mogelijk om de ozon die aanwezig is in de lucht te vernietigen en zelfs de vorming van ozon te voorkomen door de precursoren (oxiden en andere gassen) af te breken.

Bronnen

¹ Samson, I. (n.d.). Integratie van biomimetische principes als hulpmiddel voor het duurzaam ontwerpen van gebouwen in winkelcentra in de staat Lagos. Federale Universiteit voor Technologie 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). Hoe werken fotokatalytische luchtreinigers? 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. Fotokatalytische inactivatie van influenzavirus door titaniumdioxide dunne film. 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). Fotokatalytisch effect van tio2-films op virussen en bacteriën. Plasmaprocessen en polymeren, 4(S1). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ppap.200731007

⁵ He, F., Jeon, W. & Choi, W. Fotokatalytische luchtzuivering die het zelfreinigende proces van de atmosfeer nabootst. 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). Fotokatalytische materialen en technologieën voor luchtzuivering. 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). Een overzicht van recente vooruitgang in fotokatalytische luchtzuivering: Metaalgebaseerde en metaalvrije fotokatalyse. Environmental Research, 214, 113995. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013935122013226