Redox-nanosilver

Zjawisko fotokatalizy, fotokatalizator, reakcje redox

Spośród wielu fotokatalizatorów dwutlenek tytanu TiO2 w postaci nano jest tym najpowszechniejszym w wielu zastosowaniach, jest półprzewodnikiem o przerwie energetycznej 3,0 – 3,2 eV. W wyniku jego naświetlania promieniowa­niem o energii większej bądź równej energii przejścia półprzewodnika, absorbowany jest foton. Skutkuje to przeniesieniem elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewod­nictwa z wytworzeniem dziury elektronowej. Wybity elektron może być przeniesio­ny do cząsteczki rozpuszczalnika lub zna­leźć się na powierzchni zaadsorbowanych związków (zarówno organicznych jak i nie­organicznych), co w konsekwencji prowadzi do rekombinacji powierzchniowej i objęto­ściowej, której towarzyszy wytworzenie ciepła. Gdy półprzewodnik nano-TiO2 pochłania energię słoneczną o długości fali < 400nm następuje jego fotowzbudzenie a na jego powierzchni wyzwalają się silne reakcje utleniania i redukcji (reakcje redox). Wybijane elektrony w kontakcie z cząsteczkami tlenu z otoczenia tworzą aktywny tlen O2 a dodatnio naładowana powierzch­nia pozyskuje elektrony z wody zawartej w powietrzu co skutkuje wytworzeniem rodników wodorotlenowych OH.

 

 

redox1

Wykorzystanie zjawiska fotokatalizy z udziałem nano-TiO2

 

Z uwagi na powstałe reakcje redox i przyciąganie wody (potrzebnej do powstania rodników wodorotlenowych) półprzewodnik nano-TiO2 jest wykorzystywany przemysłowo:

  • w dezodoryzacji i oczyszczaniu powietrza (powierzchniowo i w instalacjach),
  • jako czynnik antybakteryjny, antywirusowy i antygrzybiczy,
  • jako bloker UV w kosmetyce, chemii, farbach i polimerach itp.
  • w powierzchniach hydrofilowych, np. samozmywalne szyby, glazury itp.
  • w powierzchniach samoczyszczących, np. eleawacje,
  • w instalacjach oczyszczania wody.

 

redex2

 

REDOX – oczyszczanie powietrza, dezodoryzacja, produkt proekologiczny

redox3

Poprzez utlenianie (rodniki wodorotlenowe OH) powłoka REDOX usuwa wiele przykrych i nieprzyjemnych zapachów pochodzenia organicznego (np.: odpadków organicznych, legowisk zwierząt, moczu, fekaliów, itp.) oraz rozkłada większość niebezpiecznych, toksycznych i kancerogennych gazów – lotnych związków organicznych (np.: mocznika, toluenu, formaldehydu, acetaldehydu, metylomerkaptanu, trichloroetylenu itp.) pochodzących np. z przemysłu chemicznego, rafineryjnego, spalania itp. W dużym stopniu redukuje przykre zapachy stęchlizny i dymu papierosowego. Poprzez wyzwoloną reakcję redukcji (aktywny tlen O2) REDOX oczyszcza powietrze poprzez redukcję tlenków azotu (NOX), tlenków siarki (SOX) i tlenku węgla (CO) emitowanych przez motoryzację i przemysł. Rodniki wodorotlenowe są jednymi z najmocniejszych utleniaczy i są dzięki temu przydatne, jako czynnik antybakteryjny i antygrzybiczy (także częste źródło nieprzyjemnych zapachów). Szacuje się, że przy wielkości nanocząstek zastosowanych w produkcie i przy korzystnych warunkach fotowzbudzenia może powstać ok. 5-ciu grup OH/nm2 powierzchni fotokatalizatora co daje tysiące rodników wodorotlenowych na każdej nanocząstce.

 

redox4

REDOX – zakres działania

 

Półprzewodnik nano-TiO2 jest wzbudzany energią słoneczną z pogranicza światła widzialnego i ultrafioletu. Pochłania energię słoneczną o długości fali < 400nm i wtedy następuje jego fotowzbudzenie. Poniższy wykres pokazuje pochłanianie energii dwóch odmian krystalicznych dwutlenku tytanu tj. rutylu i anatazu, których odpowiednia kompozycja wraz z nanocząsteczkami srebra jest zastosowana w REDOX.

redox5

redox 8

relax9

Docierająca do Ziemi energia promieniowania słonecznego składa się w 3% z promieni ultrafioletowych (UV), w 55% z promieni podczerwonych (IR) oraz w 42% ze światła widzialnego (VIS). Długość fali promieniowania ultrafioletowego wynosi 100 – 280 nm, widzialnego: 380 – 780 nm, a podczerwonego: 780 – 3.000 nm. Ziemska atmosfera pochłania całkowicie UV-C oraz część UV-B w warstwie ozonowej. W efekcie około 97% ultrafioletu, który dociera do powierzchni Ziemi to UV-A.

redox12

Promieniowanie UVA

Długość fali od 315 do 380 nm, jest silnie pochłaniane przez chmury, przenika do skóry właściwej. Ma ona właściwości barwnikowe – wywołuje plamy pigmentacyjne i zaburzenia komórkowe. Jego bezpośredniego działania nie odczuwamy. Penetrując do tkanki podskórnej promienie UVA uszkadzają włókna kolagenu i elastyny oraz osłabiają mechanizmy odpornościowe. Wyrządzone przez nie szkody są nieodwracalne (starzenie się skóry, nadmierne wysuszenie) i najczęściej ujawniają się po wielu latach. Promieniowanie UVA jest duże od wschodu do zachodu słońca i około 50% ekspozycji na nie ma miejsce w cieniu.

Otaczające nas przedmioty w różnym stopniu pochłaniają lub odbijają promieniowanie UV. Tym samym mogą osłabiać lub nasilać jego intensywność. Wbrew potocznym opiniom promieniowanie UV, a zwłaszcza UVA w niewielkim stopniu jest pochłaniane przez wodę, szyby okienne czy tkaniny.

 

Promieniowanie UVB

Długość fali od 280 do 315 nm, jest odpowiedzialne za produkcję witaminy D, ale także za oparzenia słoneczne oraz za efekt późnej opalenizny. Jest wysyłane również przez sztuczne źródła światła. Nie przechodzi przez szyby okienne, jednak dociera przez szkło kwarcowe i wodę, co tłumaczy ryzyko wystąpienia oparzeń słonecznych podczas kąpieli. UVB ma bardzo silne właściwości rumieniotwórcze. Działa na powierzchni skóry, powodując zwiększoną syntezę barwienia skóry oraz oparzenia słoneczne. Szczyt promieniowania UVB przypada na południe. Szyby samochodowe chronią przed UVB a przepuszczają UVA.

 

Promieniowanie UVC

Długość fali od 100 do 280 nm, jest najbardziej szkodliwe i niebezpieczne, ale prawie całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonową atmosfery i nie dociera do powierzchni Ziemi. Jest używane w dezynfekcji.

 

UV w pomieszczeniach, wysoka energia fotonów UV

 

Przepuszczalność wybranych materiałów dla promieniowania UV:

Materiał Przepuszczalność [%]
UVA UVB
Woda (1m) 72 46
Szyba okienna (3 mm) 85 35
Szyba samochodowa 70 10
Poliamid 38 18
Bawełna 20 4

 

 

 

Odbicie promieniowania UV od wybranych materiałów:

Materiał Promieniowanie odbite [%]
UVB UVA
Woda 15 17
Piasek 12 11
Biała ściana 15 46
Biała odzież 14 28
Ludzka skóra 7 21
Trawa 10 19

 

 

Wraz ze światłem widzialnym do pomieszczeń przenika taż promieniowanie UV, które jest główną przyczyną odbarwiania przedmiotów wystawionych na jego działanie. Blaknięcie kolorów wystawionych na jego działanie następuje w wyniku stopniowego niszczenia więzi molekularnych barwników pod wpływem fotonów o wysokiej energii. Wysoka energia fotonów promieniowania UV jest przydatna do fotowzbudzenia fotokatalizatora w REDOX’ie sam zaś fotokatalizator TiO2 jest bardzo dobrym blokerem UV.

 

Źródła promieniowania UV:

 

  • światło dzienne,
  • świetlówki,
  • kompaktowe lampy fluorescencyjne,
  • lampy metalohalogenowe,
  • wysokoprężne żarówki sodowe,
  • klasyczne żarówki z włóknem wolframowym,
  • żarówki typu „Full Spectrum Light” (świetlówki, kompaktowe fluorescencyjne, LED),
  • specjalistyczne żarówki do doświetlania upraw typu „Plant Grow Light” i akwarystyczne typu „Vital”,
  • żarówki UV.