Фотокатализата

Фотокатализата е естествен феномен, при който вещество, известно като фотокатализатор, променя скоростта на химична реакция чрез действието на светлината (естествена или изкуствена). Повечето приложения използват фотокатализатори с диоксидна титанова основа (TiO2), които се нуждаят от UV светлина, за да активират процеса.

НОВИЯТ ФОТОКАТАЛИЗАТОР, АКТИВЕН ВЪВ ВИДИМИЯ СВЕТЛИНЕН СПЕКТЪР — Разработването на нов фотокатализатор на основата на волфрамов триоксид (WO3) значително увеличи ефективността на фотокатализата и реши проблема с използването на UV светлина. Когато е изложен на видима светлина, WO3 поглъща и преобразува светлинната енергия в електрони и електронни дупки. WO3 реагира с вода (влажност на въздуха), за да произведе хидроксилни радикали (OH-) и с кислород, за да произведе супероксидни аниони (O2-).

Милиарди от тези високоокислителни видове се създават за милиардни от секундата и работят за разлагане на материята на молекулярно ниво. Резултатът е ефективно разлагане на замърсяващите органични и неорганични вещества (сравними с всички фини частици PM2,5-PM10), на микроби, вируси, азотни оксиди, ароматни поликондензати, серен диоксид, въглероден оксид, формалдехид, метанол, етанол, бензен , етилбензен, азотен монооксид и диоксид и др.

Силният окислителен ефект позволява да се използва фотокатализатор на основата на волфрамов триоксид като фотокаталитичен дезинфектант.

Въпреки че няколко изследвания са изследвали фотокаталитичното инактивиране на бактериите, само няколко са насочени към деактивацията на вируса.

Ефектите, получени от използването на фотокаталитични разтвори върху вируси, са докладвани по-долу.

Фотокатализа и микроорганизми

Доказано е, че фотокатализата може да предизвика разграждане в случай на прости съединения (протеини и ДНК), инхибиторен ефект в случай на вируси и бактерии и противораков ефект в случай на сложни клетки, като например по отношение на полените и спори, причиняващи алергии.

Изследванията върху трансформацията на вируса чрез фотокатализа се извършват във водна или течна среда или с метода на директен контакт между организма и повърхността. Има две нива на фотокаталитична атака:

ФОТОИНАКТИВАЦИЯ или ФОТОДЕАКТИВАЦИЯ, водеща до ДЕЗИНФЕКЦИРАЩ ефект

РАЗЛАГАНЕ/УБИВАНЕ на вирусна клетка, което води до СТЕРИЛИЗИРАЩ ефект

Механизмът на инактивиране на вируса чрез фотокатализа все още трябва да бъде окончателно изчистен, въпреки че вече е доказана ефективността на системата с лабораторни тестове чрез използването на няколко типа микроорганизми и постигане на почти пълен резултат в атаката.

Изглежда, че атаката започва върху вирусните частици чрез тяхното поглъщане върху повърхността на катализатора, след атаката към протеиновата капсида и местата за свързване на вируса (директна редокс атака). Според други, инактивиращото поведение на вирусите се регулира от хидроксилните радикали • O2 – и OH • и от реактивните кислородни видове (ROS), като • O2 -, OH– H2O • HO, свободни във фазата на масата — а не от тези, ограничени до повърхността на катализатора. Следващият механизъм на разлагане включва разграждането на клетъчната стена и на цитоплазмената мембрана, като последица от производството на ROS. Този процес първоначално води до изтичане на клетъчно съдържание, след това до лизис на клетките, до пълна минерализация на организма. Колкото по-близък е контактът между вируса и катализатора, толкова по-ефективно ще бъде убиването.

Въпреки че като се вземат предвид условията на околната среда на интерфейса, реактивните видове имат обхват, който може да достигне 2 mm от активната повърхност.

Важността на повърхността, върху която да се инсталира фотокатализаторът

Експлоатираната за реакцията фотокаталитична повърхност се състои от матрица или субстрат, съдържащи равномерно диспергирани частици на фотокатализатора, или направени от тънък филм, завършващ покритието на субстрата.

Не всеки материал е подходящ за този обхват, в зависимост от химическата стабилност на агентите в контакт с повърхността или матрицата, в която са вложени. Те имат химическа стабилност върху пластмаси, влакна, тъкани и метали (с почти неутрален рН).

Повърхността на материалите може да бъде допълнително модифицирана, за да се засили разграждащият ефект.

Например, доказано е, че убийствената активност спрямо микроорганизмите може да бъде допълнително увеличена в присъствието на други антимикробни агенти, като силициев диоксид и стъкловидни вещества, съдържащи йони на мед (Cu + e Cu2 +) и сребро (Ag +), или продукти, съставени от комплексирани метално сребро (колоидно сребро), които се държат като допълнителен резервоар с активни вещества, способни да атакуват микроорганизми.

Що се отнася до обработката на въздуха, важно е филтрите да имат най-широката контактна повърхност с въздух и ниско съпротивление на въздушния поток, поради енергийна консумация и съображения за шум.