Wszystko o fotokatalizie

Fotokatalizę można znaleźć w różnych dziedzinach, w tym w oczyszczaniu powietrza, wody i w zastosowaniach w świecie przemysłu. Jest to wysoce skuteczna metoda usuwania zanieczyszczeń z powietrza, zwłaszcza lotnych związków organicznych (LZO). Czym dokładnie jest fotokataliza? Jak ona działa? Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej.

Czym jest fotokataliza?

Fotokataliza, zwana również degradacją fotokatalityczną, to po prostu reakcja chemiczna przyspieszana przez światło. Etymologia mówi nam, że "foto" oznacza "światło", a "kataliza" oznacza "rozpuszczanie". Katalizator powoduje lub przyspiesza reakcję chemiczną.

Fotokataliza w zasadzie

Fotokataliza to prosta reakcja redoks (redukcja-utlenianie), która polega na aktywacji półprzewodnika (tlenku tytanu lub TiO2, katalizatora) przez światło (promienie UV). Jest to rozkład i degradacja zanieczyszczeń poprzez wykorzystanie promieni świetlnych na powierzchni katalizatora (a dokładniej fotokatalizatora). W wyniku tego procesu powstaje woda i dwutlenek węgla.

Fotokataliza w praktyce: czy działa w oczyszczaczu powietrza?

Urządzenie do oczyszczania powietrza, które zawiera technologie fotokatalizy, wykorzystuje technologię utleniania fotokatalitycznego do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach.

W środku oczyszczacza powietrza znajdują się promienie lampy UV. Promienie te uderzają następnie w wewnętrzną warstwę wielowarstwowego filtra wykonanego z TiO2, fotokatalizatora.

Kiedy TiO2 i światło UV łączą się, zachodzi reakcja między tlenem i wodą obecnymi w powietrzu, generując wolne rodniki (zwane również "aktywnym tlenem"). Te wolne rodniki są wysoce zanieczyszczające i niszczą zanieczyszczenia unoszące się w powietrzu. Proces ten jest przydatny w przypadku wszystkich rodzajów zanieczyszczeń, ale jest szczególnie przydatny w przypadku lotnych związków organicznych. Oczyszczone powietrze jest następnie ponownie wprowadzane do pomieszczenia.

Oto bardziej techniczne wyjaśnienie dla miłośników chemii:

• TiO2, katalizator, uwalnia elektrony, gdy jest zasilany promieniami UV.
• Elektrony te oddziałują z cząsteczkami wody (H20) obecnymi w powietrzu.
• Cząsteczki wody rozpadają się następnie na rodniki hydroksylowe (OH).
• Rodniki hydroksylowe atakują następnie większe zanieczyszczenia organiczne (oparte na węglu), które rozrywają ich wiązania chemiczne, przekształcając je w nieszkodliwe substancje (takie jak CO2 i woda)²..

Specjaliści mają tendencję do ostrożnego mówienia o nich, ponieważ wolne rodniki mają złą konotację, często wywołując strach. Wolne rodniki naturalnie obecne w powietrzu mogą uszkadzać skórę, dlatego eksperci ds. zdrowia zalecają spożywanie żywności zawierającej przeciwutleniacze: te cząsteczki walczą, aby chronić nas przed tymi uszkodzeniami. Jednak to właśnie silna reaktywność tych cząsteczek pozwala im również tak skutecznie zwalczać zanieczyszczenia atmosferyczne. Na szczęście w przypadku fotokatalizy wszystko dzieje się wewnątrz urządzenia, dzięki czemu jesteśmy całkowicie bezpieczni przed wszelkimi szkodami.

W przypadku brakuzanieczyszczenia chemicznego, wolne rodniki po prostu rekombinują. Ich wysoka reaktywność z otaczającymi cząsteczkami zapewnia bardzo krótką żywotność. Poniższy schemat przedstawia proces fotokatalizy nieco bardziej szczegółowo (z TiO2 jako katalizatorem, a dokładniej fotokatalizatorem, w tym przypadku).

Źródło ¹

Jakie rodzaje zanieczyszczeń są zwalczane przez fotokatalizę?

Fotokataliza, jako technologia kontroli zanieczyszczeń, nie jest rodzajem filtracji. Jest to raczej reakcja, która jest szczególnie skuteczna przeciwko zanieczyszczeniom chemicznym i gazowym, powszechnie nazywanym LZO. Chociaż LZO można znaleźć w przyrodzie, częściej są one pochodzenia ludzkiego i są niebezpieczne. LZO, będące powszechnym produktem działalności przemysłowej, są związane z produktami takimi jak rozpuszczalniki, środki czyszczące, spraye, produkty kosmetyczne i farby.

Niektóre z najbardziej znanych lotnych związków organicznych usuwanych za pomocą fotokatalizy to tlenki azotu, dwutlenek węgla (CO2), tlenek węgla (CO), formaldehyd, etanol, butan, toluen, benzen i aceton.

Ostatnie badania naukowe wykazały skuteczność fotokatalizy w zwalczaniu zanieczyszczeń powietrza:

• Fotokataliza, nawet stosowana przy niskiej intensywności z wykorzystaniem TiO2 jako fotokatalizatora, osiąga redukcję siły i rozprzestrzeniania się wirusa^grypy3
• Dzięki zastosowaniu warstw TiO2, technologie fotokatalityczne pomagają przyspieszyć rozkład bakteriiE. coli i wirusa Herpes simplex, a także innych^substancji organicznych4.
• Fotokataliza została uznana za "przyjazną dla środowiska metodę usuwania zanieczyszczeń, która naśladuje proces zachodzący w naturze i ma ogromny potencjał do rozwinięcia jako kluczowa technologia oczyszczania powietrza i degradacji zanieczyszczeń powietrza "^5,7.
• Ze względu na potrzebę znalezienia rozwiązań dla zagrożeń związanych z zanieczyszczeniem powietrza dla zdrowia ludzkiego, przyszłość jest obiecująca dla wykorzystania fotokatalizy jako metody fotodegradacji zanieczyszczeń chemicznych i fotodezynfekcji^patogenów6.

ZOBACZ NASZE PRODUKTY

Zalety technologii fotokatalizy Eoleaf

Fotokataliza służy jako skuteczna metoda usuwania zanieczyszczeń z powietrza w każdym otoczeniu, zarówno w indywidualnych gospodarstwach domowych, jak i budynkach biurowych. Fotokataliza nie wymaga użycia żadnych środków chemicznych ani energii zewnętrznej, a jedynie światła zintegrowanej lampy UV i katalizatora.

Indywidualne ustawienia

To, co sprawia, że fotokataliza jest tak interesująca jako technologia usuwania zanieczyszczeń, to fakt, że nie zatrzymuje ona po prostu zanieczyszczeń, tak jak robi to filtr. Kiedy filtr zatrzymuje zanieczyszczenia, nie znikają one tak po prostu: nadal muszą zostać w jakiś sposób zniszczone!

Fotokataliza całkowicie przekształca niebezpieczne zanieczyszczenia chemiczne w substancje, które nie mogą nam zaszkodzić. Są one następnie eliminowane lub całkowicie^niszczone2.

Fotokataliza może w szczególności zwalczać lotne związki organiczne, pleśń i jej zarodniki oraz zarazki(bakterie i wirusy) zawieszone w powietrzu.

Profesjonalne ustawienia

W środowisku biurowym czyste powietrze może przynieść wiele korzyści.

Wysokiej jakości oczyszczacze powietrza zawierające fotokatalityczne filtry powietrza mogą drastycznie poprawić jakość powietrza. Niszczą one cząsteczki zanieczyszczeń powietrza, które mogą prowadzić do chorób wśród pracowników (w tym wirusy, takie jak COVID-19 i jego warianty). Może to zmniejszyć potrzebę korzystania przez pracowników ze zwolnień lekarskich i zwiększyć produktywność.

Niska jakość powietrza w pomieszczeniach może prowadzić do nieprzyjemnych i rozpraszających objawów, takich jak bóle głowy, zawroty głowy i trudności w oddychaniu. Może również pogorszyć istniejące schorzenia, zwłaszcza astmę (wywołując ataki astmy), przewlekłą obturacyjną chorobę płuc (POChP) i choroby serca. Zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniach prowadzi również do pogorszenia alergii objawów, zmęczenia i wpływa na zdrowie psychiczne.

Różnica Eoleaf

(Artykuł jest kontynuowany poniżej)

[PRODUKTY]

Kiedy technologie fotokatalizy są łączone z innymi technologiami w jednym urządzeniu, powstaje urządzenie, które jest w stanie zwalczać wszystkie zanieczyszczenia powietrza znajdujące się w naszym powietrzu w pomieszczeniach. Właśnie dlatego produkty Eoleaf są wyposażone w opatentowany filtr zawierający 8różnych technologii filtracji, które współpracują ze sobą, aby zapewnić najlepsze możliwości filtracji powietrza na dzisiejszym rynku.

Nasze urządzenia pozwalają walczyć z lotnymi związkami organicznymi i zanieczyszczeniami chemicznymi, zanieczyszczeniami biologicznymi, alergenami, zarazkami i drobnymi cząsteczkami (pyłu zawieszonego lub PM ). Nasze oczyszczacze powietrza mogą również zwalczać nieprzyjemne zapachy w domu lub biurze dzięki naszym filtrom z węglem aktywnym!

Nasza technologia fotokatalizy nie emituje żadnego ozonu. W rzeczywistości fotokataliza umożliwia niszczenie ozonu obecnego w powietrzu, a nawet zapobieganie powstawaniu ozonu poprzez degradację jego prekursorów (tlenków i innych gazów).

Zasoby

¹ Samson, I. (n.d.). Integracja zasad biomimetycznych jako narzędzia do zrównoważonego projektowania budynków w centrum handlowym w stanie Lagos. Federal University of Technology 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 września). Jak działają fotokatalityczne oczyszczacze powietrza? 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. Fotokatalityczna inaktywacja wirusa grypy przez cienką warstwę dwutlenku tytanu. 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). Fotokatalityczne działanie folii tio2 na wirusy i bakterie. Plasma Processes and Polymers, 4(S1). https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ppap.200731007.  

⁵ He, F., Jeon, W. & Choi, W. Fotokatalityczne oczyszczanie powietrza naśladujące proces samooczyszczania atmosfery. 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). Materiały i technologie fotokatalityczne do oczyszczania powietrza. 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). Przegląd najnowszych postępów w fotokatalitycznym oczyszczaniu powietrza: Fotokataliza oparta na metalach i bez metali. Environmental Research, 214, 113995. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013935122013226