ŚWIATŁO NA USŁUGACH CHEMII, CZYLI RZECZ O FOTOKATALIZIE L
ampy UV, LED, lasery zwykle nie kojarzą się z wyposażeniem typowego laboratorium chemicznego. Różne źródła światła w jednym miejscu przywołują na myśl pracownię fizyczną lub stoisko z oświetleniem w markecie budowlanym. Są one jednak typowym narzędziem pracy Grupy Fotokatalizy (działającej w Zespole Fizykochemii Bionieorganicznej w Zakładzie Chemii Nieorganicznej), w której energia świetlna wykorzystywana jest do przeprowadzania wielu użytecznych reakcji chemicznych. Reakcje takie wymagają nie tylko udziału światła, ale również katalizatora, zwanego w tym przypadku fotokatalizatorem. Ich aktywność wynika ze szczególnych właściwości półprzewodników, którymi najczęściej są fotokatalizatory. Materiały te po absorpcji światła stają się jednocześnie bardzo dobrymi utleniaczami i reduktorami. Stwarza to możliwość przeprowadzenia na powierzchni fotokatalizatora różnych reakcji chemicznych, które w innych warunkach mogą być bardzo trudne. FOTOKATALIZA W WALCE Z ZANIECZYSZCZENIAMI Proste tlenki metali, jak dwutlenek tytanu (TiO2) czy tlenek cynku (ZnO), pod wpływem światła UV przekształcają cząsteczki tlenu i wody w bardzo reaktywne substancje, zwane reaktywnymi formami tlenu. Związki te, jak, na przykład, nadtlenek wodoru czy rodniki hydroksylowe, charakteryzują się dużą łatwością utleniania cząsteczek organicznych (ilustracja powyżej). Wykazują przy tym małą selektywność i dużą skuteczność, co czyni je idealnymi kandydatami do walki z zabrudzeniami pochodzenia organicznego i mikrobiologicznego. Fotokatalizatory mogą również neutralizować toksyczne związki nieorganiczne bądź redukować jony metali ciężkich, które wykazują szkodliwe działanie, na przykład rakotwórcze jony chromu(VI).
Reaktywne formy tlenu generowane na powierzchni fotokatalizatora są odpowiedzialne za całkowite utlenianie (mineralizację) szkodliwych związków organicznych
Reakcje fotokatalityczne mogą być stosowane do usuwania zanieczyszczeń powietrza, wody i powierzchni. Niektóre fotokatalizatory, będąc materiałami nieszkodliwymi dla zdrowia, dzięki swojej dużej fotoaktywności i trwałości znajdują zastosowanie w procesach fotokatalitycznego uzdatniania wody. Dużo większy potencjał ma jednak stosowanie fotokatalizy w procesach oczyszczania powietrza. Na rynku pojawiają się nowe urządzenia, które oprócz filtrów HEPA czy filtrów z węglem aktywnym posiadają również filtr fotokatalityczny „zasilany” światłem LED-owym. Ponadto fotokatalizatory wydajnie generujące reaktywne formy tlenu są coraz częściej dodawane do farb elewacyjnych lub wykorzystywane w wytwarzaniu transparentnych powłok, jakimi pokrywa się szklane powierzchnie, co przy ekspozycji na działanie promieniowania słonecznego czyni z nich powierzchnie samoczyszczące. Powierzchnie te mogą również obniżać poziom lotnych zanieczyszczeń powietrza, takich jak formaldehyd, tlenki azotu, fenole,
benzo(α)piren, czyli rakotwórcze składniki smogu. Usuwane mogą być również mniej groźne, lecz dokuczliwe zanieczyszczenia i zapachy. W Grupie Fotokatalizy opracowana została technologia fotokatalitycznej deodoryzacji powietrza w urządzeniach chłodniczych. FOTOKATALIZATORY JAKO MATERIAŁY ASEPTYCZNE Obecnie wiele słyszy się o bakteriach antybiotykoodpornych, a nawet o tak zwanych „superbakteriach”, które w drodze adaptacji uodporniły się na substancje, które do tej pory je unieszkodliwiały. Organizmy te, jak większość drobnoustrojów, są jednak wrażliwe na różne preparaty odkażające. Szczególnie popularne ostatnio preparaty do dezynfekcji na bazie alkoholu nie tylko chronią przed wirusem SARS-CoV-2, ale również inaktywują inne szkodliwe mikroorganizmy. Podobne działanie wykazuje znana wszystkim jodyna czy woda utleniona. Preparaty te, choć bardzo skuteczne, nie zawsze jednak mogą być stosowane, bądź
ALMA MATER nr 225
77