Fotokatalüüs

Fotokatalüüs on looduslik nähtus, mille puhul fotokatalüsaatorina tuntud aine muudab valguse (loodusliku või kunstliku) toimel keemilise reaktsiooni kiirust. Enamikus rakendustes kasutatakse titaandioksiidil (TiO 2 ) põhinevaid fotokatalüsaatoreid, mis vajavad protsessi aktiveerimiseks UV-valgust.

UUS FOTOKATALÜSAATOR NÄHTAVAS VALGUSSPEKTRIS

Uue volframtrioksiidil (WO3) põhineva fotokatalüsaatori väljatöötamine suurendas oluliselt fotokatalüüsi efektiivsust ja lahendas UV-kiirguse kasutamise probleemi. Nähtavale valgusele sattudes neelab ja muundab WO3 valgusenergia elektronideks ja elektroniaukudeks. WO3 reageerib veega (õhuniiskus) hüdroksüülradikaalide (OH-) ja hapnikuga superoksiidanioonide (O2-) saamiseks.

Miljardid neist väga oksüdeeruvatest liikidest luuakse miljardik sekundi jooksul ja nad töötavad aine lagundamiseks molekulaarsel tasandil. Tulemuseks on saastavate orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete (võrreldav kõigi PM2,5-PM10 peenosakestega), mikroobide, viiruste, lämmastikoksiidide, aromaatsete polükondensaatide, vääveldioksiidi, süsinikmonooksiidi, formaldehüüdi, metanooli, etanooli, benseeni efektiivne lagunemine, etüülbenseen, lämmastikmonooksiid ja -dioksiid jne.

Tugev oksüdeeriv toime võimaldab kasutada volframtrioksiidil põhinevat fotokatalüsaatorit fotokatalüütilise desinfektsioonivahendina.

Ehkki mitmed uuringud uurisid bakterite fotokatalüütilist inaktiveerimist, tegelevad viiruse inaktiveerimisega vaid vähesed.

Fotokatalüütiliste lahuste kasutamisest tulenevad mõjud viirustele on toodud allpool.

Fotokatalüüs ja mikroorganismid

On tõestatud, et fotokatalüüs võib põhjustada lihtsate ühendite (valk ja DNA) lagunemise, viiruste ja bakterite korral pärssiva toime ning komplekssete rakkude, näiteks õietolm ja allergiat põhjustavate eoste puhul vähivastase toime.

Fotokatalüüsi teel viiruse transformeerimisel on uuring läbi viidud vesilahuses või vedelas keskkonnas või organismi ja pinna vahetu kontakti meetodil. Fotokatalüütilisel rünnakul on kaks taset:

  • FOTOINAKTIVATSIOON või FOTODEAKTIVATSIOON, mille tulemuseks on desinfitseeriv efekt
  • Viiruse rakkude lagunemine / surmamine, mille tulemuseks on STERILISEERIV efekt

Viiruse inaktiveerimise mehhanism fotokatalüüsi teel tuleb veel lõplikult välja selgitada, kuigi laboratoorsete testide abil on süsteemi tõhusust juba tõestatud mitme mikroorganismitüübi abil ja rünnakus saavutatud peaaegu täielik tulemus.

Näib, et rünnak algab viiruse osakestele läbi nende imendumise katalüsaatori pinnale, pärast rünnakut valgu kapsiidile ja viiruse sidumiskohtadele (Redoxi otsene rünnak). Teiste sõnul reguleerivad viiruste inaktiveerivat käitumist hüdroksüülradikaalid • O2 – ja OH • ning reaktiivsed hapnikuliigid (ROS), näiteks • O2 -, OH– H2O • HO, mis on massifaasis vabad ja mitte katalüsaatori pinnaga piiratud. Järgmine lagunemismehhanism hõlmab rakuseina ja tsütoplasmaatilise membraani lagunemist ROS-i tootmise tagajärjel. See protsess põhjustab raku sisu lekkimist pärast rakkude lagunemist kuni organismi täieliku mineraliseerumiseni. Mida tihedam on viiruse ja katalüsaatori kontakt, seda tõhusam on tapmine.

Kuigi liidese keskkonnatingimusi arvesse võttes on reaktiivsete liikide ulatus vahemikus 2 mm aktiivsest pinnast.

Fotokatalüsaatori paigaldamise pinna tähtsus

Reaktsioonis kasutatud fotokatalüütiline pind koosneb maatriksist või substraadist, mis sisaldab ühtlaselt hajutatud fotokatalüsaatori osakesi või on valmistatud õhukesest kilest, mis viimistleb substraadi katte.

Kõik materjalid ei sobi sellesse vahemikku, sõltuvalt ainete keemilisest stabiilsusest, mis puutuvad kokku pinna või maatriksiga, millesse need on kinnitatud. Neil on plastide, kiudude, kangaste ja metallide keemiline stabiilsus (peaaegu neutraalse pH-ga).

Materjali pinda saab lagundava efekti suurendamiseks veelgi modifitseerida.

Näiteks on näidatud, et surmavat aktiivsust mikroorganismide vastu saab veelgi suurendada teiste antimikroobsete ainete, näiteks ränidioksiidi ja klaaskeha ainete juuresolekul, mis sisaldavad vase (Cu + e Cu 2 +) ja hõbeda (Ag +) ioone , või komplekssest metallhõbedast (kolloidhõbedast) koosnevad tooted, mis toimivad mikroorganisme rünnata suutvate toimeainete täiendava reservuaarina.

Õhupuhastuse osas on oluline, et filtritel oleks energiatarbimise ja müra kaalutlustel kõige laiem kokkupuutepind õhuga ja madal õhuvoolutakistus.

Patenteeritud KtV (Kill the Virus) filter

NANOHUBi poolt patenteeritud KtV filter kõrvaldab viirused ja bakterid, kasutades loomulikku fotokatalüüsi protsessi, mille käigus valguse (loodusliku või tehisliku) abil valguskatalüsaatoriks nimetatud aine kiirendab keemilist reaktsiooni, mis hävitab patogeenseid aineid.

Nanohub CFD simulatsioon

Kontor
Klassiruum