ECOmal - Farby fotokatalityczne

Jak działają farby fotokatalityczne?

Fotokataliza to termin oznaczający przyśpieszenie reakcji chemicznej pod wpływem światła. Dwutlenek tytanu (TiO2), odpowiednio rozdrobniony do wielkości nanocząstek, ma wspaniałe właściwości fotokatalityczne (w jego obecności pod wpływem światła szybciej zachodzą reakcje chemiczne) i właśnie dla tego spośród wielu fotokatalizatorów jest tym najczęściej stosowanym. Zjawisko to zostało odkryte w latach siedemdziesiątych a w ostatnich latach dzięki nanotechnologii (a dokładnie zdolnościom uzyskiwania wyjątkowo małych cząstek TiO rzędu paru nanometrów) rozpropagowane i szeroko zastosowane przemyśle.
Światło o długości fali w zakresie poniżej 400 nm (ultrafioletowe UV, pasmo światła widzialnego to zakres fali o długości 380 ~ 780 nm) powoduje w nanocząstkach półprzewodnika, jakim jest dwutlenek tytanu, wybijanie elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Szerokość przerwy energetycznej w przypadku TiO₂ wynosi 3,2 eV. Dzięki temu na powierzchni dwutlenku tytanu powstają elektrony

">z tlenem z powietrza formując aktywny tlen (O₂^-) oraz dziury elektronowe (h+), które łączą się z parą otaczającego powietrza lub wodą i tworzą rodniki wodorotlenowe (.OH) z wody. Ten proces jest podobny do fotosyntezy, w której chlorofil wyłapuje światło słoneczne żeby zmienić wodę i dwutlenek węgla w tlen i glukozę.
Uformowany rodnik wodorotlenowy (.OH) jest silnym utleniaczem i jest dostatecznie mocny, aby utleniać i rozkładać różnego rodzaju zabrudzenia organiczne, np.: ptasie odchody, tłuszcze, oleje, spaliny, gazy zapachowe, bakterie. Po tych reakcjach zabrudzenia same odpadają lub łatwo dają się spłukać wodą (np. deszczem) tym bardziej, że powłoki z TiO₂ wykazują też silne właściwości hydrofilowe. Część zanieczyszczeń w kolejnych reakcjach przekształci się w wodę i dwutlenek węgla. Aktywny tlen (O₂^-) wyzwala zaś reakcje redukcji.
Powyższe procesy zachodzą w powłokach w pełnym wymiarze po pewnym czasie aktywacji, potrzebnym na dostarczenie dawki energii ze światła. Okres ten to przeważnie mniej niż kilkadziesiąt godzin. Po pierwszym okresie aktywacji proces zachodzi też w nocy gdyż nagromadzona w ciągu dnia energia oddawana jest w nocy. Fotokatalizie z udziałem TiO₂ nie przeszkadza też brak bezpośredniego nasłonecznienia czy pochmurna pogoda, promieniowanie UV przenika przez chmury (chmury nieco osłabiają intensywność promieniowania).
Zaawansowane technologicznie powłoki fotokatalityczne z użyciem TiO₂ mają mocne właściwości samoczyszczące, superhydrofilowe, bakteriobójcze, antystatyczne, dezodoryzujące, czyszczące powietrze, i są mocnym filtrem UV.