Sprzątanie światłem
Unoszące się w powietrzu zanieczyszczenia stanowią nie tylko zagrożenie dla zdrowia, ale brudzą też ściany budynków i innych konstrukcji. Aby temu zaradzić, chemicy od lat pracują nad specjalnym rodzajem farby, która nie tylko sama się czyści, lecz i usuwa zanieczyszczenia z powietrza.
W technice tej wykorzystuje się nanocząsteczki tlenku tytanu, które inicjują reakcje chemiczne. Gdy sztuczne źródło światła ultrafioletowego oświetla farbę, cząsteczki te reagują z zanieczyszczeniami, powodując ich rozkład – teoretycznie usuwając je z otaczającego powietrza i zapobiegając odbarwieniom. Firmy oferują już tak zwane farby fotokatalityczne, lecz niektórzy chemicy pozostają sceptyczni, co do skuteczności i trwałości tych produktów.
Autorzy najnowszego studium opublikowanego w czasopiśmie „American Chemical Society Catalysis” opracowali nowy rodzaj farby fotokatalitycznej, która, jak twierdzą, działa pod wpływem promieniowania UV ze światła słonecznego, dzięki czemu jej właściwości samoczyszczące łatwiej się aktywują. Wykazali również, że potrafią efektywnie produkować tę farbę z materiałów pochodzących z recyklingu.
„Jednym z naszych celów było zminimalizowanie użycia syntetycznych reagentów – mówi współautor badania Qaisar Maqbool, chemik z Technische Universität Wien. – Osiągamy to, wykorzystując odpady przemysłowe, takie jak złom tytanowy, jak również opadłe liście, które są odpadami organicznymi.”
W procesie fotokatalizy światło UV wzbudza elektrony w nanocząsteczkach tlenku tytanu, które oddziałują z cząsteczkami wody w powietrzu, w wyniku czego powstają wysoce reaktywne rodniki hydroksylowe. Te niestabilne związki chemiczne atakują zanieczyszczenia, które wchodzą w kontakt z farbą, przekształcając je w nieszkodliwe substancje, takie jak dwutlenek węgla i woda. Zespół badawczy wprowadził do struktury nanocząsteczek fosfor, azot, węgiel i inne pierwiastki, co zmniejszyło ilość energii potrzebnej do zainicjowania reakcji pod wpływem zwykłego światła słonecznego. W ramach testów laboratoryjnych te zmodyfikowane nanocząsteczki usunęły do 96% zanieczyszczeń naniesionych próbnie na powierzchnię farby.
„Lepiej byłoby wykorzystywać światło słoneczne do aktywowania reakcji, ponieważ wówczas farba działałaby pasywnie, sama z siebie” – mówi Antonio Nieto-Márquez Ballesteros, chemik z Universidad Politécnica de Madrid. Dodaje jednak, że w realnych warunkach jej efektywność byłaby prawdopodobnie niższa. „W warunkach laboratoryjnych mamy do czynienia z bardzo małą skalą i wszystko jest bardzo dobrze kontrolowane – każdy z parametrów, takich jak temperatura, wilgotność, stężenie reagentów i zanieczyszczeń – lecz nigdy nie uzyska się takich wyników w rzeczywistych warunkach.
Autorzy podkreślają, że praca ta jest na razie jedynie początkowym etapem w ich badaniach. „Moim zdaniem ma ona charakter bardzo podstawowy” – mówi współautor Günther Rupprechter, chemik z Technische Universität Wien. Przyszłe badania potwierdzą, jak skutecznie neutralizowane są zanieczyszczenia zawarte w samym powietrzu. „Nie twierdzimy, że potrafimy usunąć wszystkie zanieczyszczenia z powietrza – mówi – lecz, generalnie rzecz biorąc, zapowiada się obiecująco”.