Czym jest zjawisko fotokatalizy?

Fotokataliza to proces, który umożliwia utlenianie, a tym samym unieszkodliwianie wielu niepożądanych substancji znajdujących się w powietrzu. Reakcja chemiczna zachodzi pod wpływem światła słonecznego – nie ma więc konieczności zastosowania specjalistycznej technologii. Wystarczy pokryć budynek specjalną powłoką, by mógł oczyszczać powietrze znajdujące się wokół. Jak to działa?

Systemy oczyszczania powietrza, które wykorzystują do działania zjawisko fotokatalizy stają się coraz popularniejsze. Nic dziwnego – za pomocą niewidocznej powłoki możliwe jest zneutralizowanie nieprzyjemnych zapachów, drobnoustrojów, a także szkodliwych substancji zawartych między innymi w spalinach samochodowych.

Przebieg zjawiska fotokatalizy

Najprościej mówiąc fotokataliza jest procesem, który umożliwia przyspieszenie reakcji chemicznych zachodzących przy udziale światła – mówi specjalista z firmy Hard Chris Krzystof Tomera, oferującej inteligentne powłoki ochronne – Jednym z najlepszych fotokatalizatorów jest dwutlenek tytanu. Światło padające na cząsteczki TiO2 powoduje powstanie elektronów, które następnie łączą się z tlenem z powietrza. W ten sposób powstają aktywne formy tlenu oraz dziury elektronowe. W połączeniu z parą wodną lub wodą tworzą się rodniki wodorotlenowe, które mają bardzo silne właściwości utleniające.

Pod wpływem działania słońca na dwutlenek tytanu powstają rodniki wodorotlenowe, które rozkładają szkodliwe substancje, między innymi NOx, benzen, formaldehyd, bakterie, grzyby i inne lotne związki organiczne. Niwelują również nieprzyjemne zapachy. Tym samym, jeśli na powierzchni powłoki zawierającej dwutlenek tytanu osiądą zanieczyszczenia zostaną unieszkodliwione w procesie utleniania do związków całkowicie obojętnych.

W przypadku TiO2 proces fotokatalizy uaktywnia tylko promieniowanie UV. W związku z tym proces może zostać „uruchomiony” tylko pod wpływem działania promieni ultrafioletowych. Na proces nie wpływa jednak pochmurna pogoda, ani nawet noc – chmury tylko w niewielkim stopniu pochłaniają promieniowanie UV, a w nocy cząsteczki oddają energię nagromadzoną w ciągu dnia. Do powstania zjawiska fotokatalizy niezbędne jest jednak zaabsorbowanie określone dawki promieniowania, dlatego proces ten rozpoczyna się zazwyczaj dopiero po kilkudziesięciu godzinach.

Wykorzystanie fotokatalizy do oczyszczania powietrza i powierzchni

Ze względu na możliwości oczyszczania powietrza zjawisko fotokatalizy wykorzystuje się na coraz szerszą skalę. TiO2 znajduje zastosowanie przede wszystkim w niewidocznych powłokach, które naniesione na ściany budynku mają zdolność oczyszczania znajdującego się wokół powietrza. Wykorzystuje się je również na drogach i przydrożach, w celu neutralizacji szkodliwych substancji znajdujących się w spalinach samochodowych. Powłoki samooczyszczające mogą być w powodzeniem stosowane w obiektach użyteczności publicznej, w celu usuwania szkodliwych bakterii i grzybów, a także na budynkach o znaczeniu historycznym, aby zapobiec osadzaniu się zanieczyszczeń na elewacji. Ze względu na neutralizację zapachów znajdują zastosowanie na stacjach benzynowych, salach treningowych, stref dla osób palących oraz publicznych toaletach. Mogą być również wykorzystywane w zakładach przemysłowych.

Dodatkowo, dzięki hydrofilowości powierzchnie pokryte zanieczyszczeniami oleistymi będą samoistnie się oczyszczać pod wpływem opadów atmosferycznych. Wystarczy więc pokryć obiekt powłoką, by cieszyć się czystą powierzchnią. Ze względu na tę właściwość wykorzystuje się TiO2 do paneli solarnych, na karoseriach i szybach samochodowych, oknach i elewacjach budynków.

Nad zjawiskiem fotokatalizy wciąż prowadzone są badania oraz próby umożliwiające stworzenie powłoki, w której proces ten będzie aktywowany pod wpływem światła widzialnego. Być może doprowadzi to do odkrycia innych zastosowań procesu fotokatalizy, a także ulepszenia jego możliwości. Z pewnością jest to rozwiązanie nowej generacji, które znajdzie szerokie możliwości zastosowania.