Fotocataliză: Curăţenie cu ajutorul energiei solare

T&T Plus

de Institutul Fraunhofer

Fotocataliză: Curăţenie cu ajutorul energiei solare

În combinație cu materialele potrivite, razele solare pot face minuni: curăță fațadele clădirilor și descompun poluanții din aer sau din apă. Cuvântul magic este fotocataliza. În practică totuși, eficiența acestei „soluţii miraculoase” variază destul de mult, în funcție de materialul folosit și de factorii de mediu. Pe baza unui nou dispozitiv de măsurare, cercetătorii doresc, în prezent, să determine precis și rapid eficacitatea fotocatalitică a suprafețelor, sporind astfel eficiența.

Interzicerea circulației în anumite zone, retehnologizarea motoarelor diesel sau legitimaţiile de parcare pentru persoanele cu handicap - în prezent există o mulțime de discuții privind reducerea oxidului de azot și a particulelor din orașe. Cât de practic ar fi dacă fațadele și acoperișurile caselor ar curăța, pur și simplu, aerul care trece prin oraș? Dar dacă clădirile s-ar curăţa singure? Vestea bună este că acest lucru este deja posibil cu ajutorul fotocatalizei. Când materialele de construcție sunt amestecate cu un așa-numit catalizator, cum ar fi dioxidul de titan (TiO2), lumina soarelui, în combinație cu oxigenul, declanșează o reacție chimică. Dioxidul de titan formează substanțe reactive care diminuează murdăria și poluanții. Fie că este vorba despre beton, fie de sticlă sau de vopsea pentru fațade, aproape orice material poate fi modernizat prin tehnologia fotocatalitică.

Există însă câteva capcane: în funcție de substrat, de structura suprafeței și de influențele mediului înconjurător, eficiența fotocatalitică variază cu până la 100% sau mai mult, în funcție de poluant și de produs. Eficacitatea ţine, de asemenea, de amestecul potrivit: dacă numai suprafața este acoperită, catalizatorul se spală rapid sau se erodează. Dacă se amestecă în material, o mare parte a lui nu este eficientă. Amestecul optim încă nu a fost găsit. În plus, comportamentul și stabilitatea pe termen lung ale unor astfel de materiale de construcție sunt greu de prevăzut în afara laboratorului.

Mai mult, există o discrepanță mare între eficiența care poate fi obținută în laborator și cea obținută în exterior, la o utilizare practică. Aceste probleme nu au fost studiate îndeajuns. O mai bună înțelegere a acestor relații a fost scopul celor 11 parteneri din proiectul comun PureBau, finanțat de Ministerul Federal al Educației și Cercetării, BMBF. Scopul lor a fost de a îmbunătăți eficiența compușilor din materiale, pentru a putea crea materiale de construcție mai bune din punct de vedere fotocatalitic.

Un nou instrument pentru o cercetare eficientă

Ca partener, Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Suprafețelor și a Foliilor Subțiri, IST, din Braunschweig, lucrează la o metodă de măsurare care face acest lucru foarte posibil.

„Cercetarea și dezvoltarea anterioară în cazul materialelor de construcție active fotocatalitic au reprezentat, adeseori, un proces experimental, din cauza lipsei unei proceduri adecvate de măsurare. În plus, pur și simplu nu a fost posibilă efectuarea unor măsurări fiabile în domeniu. Deși efectele pot fi calculate prin simulare, acest proces este laborios și, pe lângă toate acestea, nu este folosit la scară largă”, afirmă Frank Neumann, șeful grupului de lucru responsabil de fotocataliză în cadrul Institutului Fraunhofer IST.

Neumann și colegii săi au patentat deja un proces pentru măsurarea rapidă și reproductibilă a autocurățării fotocatalitice a produselor în laborator. Acest lucru permite stabilirea rapidităţii cu care un material cu un anumit catalizator curăță o suprafață, cum ar fi o fațadă sau un acoperiș din țiglă.

Principiul de bază: o vopsea luminiscentă este depusă sub formă de vapori pe o suprafață, iar apoi se măsoară viteza la care se estompează sub influența luminii. Din parametrii intensitatea luminii, respectiv grosimea stratului de vopsea, se poate determina eficiența.

De la laborator la practică

Provocarea era transferarea acestei metode într-un dispozitiv portabil care să funcțione­ze fără vid, accelerând, în mod semnificativ, măsurarea.

Prin colaborarea cu Institutul pentru Tehnologia de Înaltă Frecvență (IHF) de la Universitatea Tehnică din Braunschweig, cer­cetătorii au realizat acest lucru în două etape: mai întâi, din cauză că sinteza vopselei folosite în laborator până atunci a arătat prea multe reacții chimice nedorite, aceștia au fost nevoiți să găsească noi vopsele.

S-au folosit vopsele cu compuşi euro­piu-metal, la fel ca pentru diodele organice emițătoare de lumină (OLED). În plus, metoda anterioară de depunere a vaporilor nu mai are efect pentru aplicația mobilă. „În schimb, am transferat vopseaua într-un mono-strat pe un purtător polimeric și le-am combinat chimic pe amândouă prin intermediul așa-numitelor grupuri de ancore”, explică Neumann.

Folia protectoare are avantajul de a fi potri­vită pentru orice suprafață, minimizând reacții­le chimice cu materialul și evitând deteriorarea cauzată de măsurările făcute direct pe fațade (de exemplu, transferul de vopsea). Acoperirea cu un singur strat de vopsea asigură reproductibi­litatea procesului.

În etapa următoare, s-a dezvoltat un demonstrator al unui pistol de măsurare mobil, împreună cu societatea Omicron Laserage Laserprodukte GmbH. Folia este ataşată într-un sistem cu blocare rapidă de tip baionetă cu stratul de vopsea presat, apoi, pe suprafața care urmează să fie testată.

Dispozitivul măsoară scăderea luminiscen­ței prin iradierea UV și determină eficacitatea fotocatalitică, atât calitativ, cât și cantitativ, prin gradul de eficiență. Timpul de măsurare în această procedură a fost redus la aproximativ 15 minute, comparativ cu metoda standard de tes­tare relevantă, care putea dura până la trei ore.

Neumann este convins că tehnica de măsu­rare ar putea fi disponibilă pe piață într-un an sau doi. Acest lucru este de interes pentru pro­ducătorii de materiale de construcții, experții în straturi de acoperire și furnizorii de servicii de măsurare, dar și pentru utilizatori: „Mai presus de toate, în cele din urmă ar fi posibilă con­trolarea calităţii produselor folosite în prezent în domeniu, dar ar fi posibilă și accelerarea dezvoltării materialelor fotocatalitice eficiente”.

Pe termen lung, acest fapt ar putea promova auto-curățarea extensivă a fațadelor, a acoperi­șurilor și a căilor de trafic și ar asigura un climat mai bun în orașele noastre.(www.fraunhofer.de)

 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord