De la panou nanofotocatalitic la vopsea fotovoltaica

Disocierea apei se realizeaza la nivelul atomilor  si este bine să stim reacțiile ce pot avea loc chiar și în umiditatea relativă a aerului. Acest lucru poate fi verificat prin adăugarea unui indicator de pH pe un perete sau element de construcție cu suprafață fotocatalitica. Rolul dioxidului de titan - material cu proprietati fotacatalitice, este de a elibera electroni în momentul în care este excitat cu fotoni. Dar electronii respectivi trebuie cedati unui capacitor iar dacă se realizează și premisele existenței unei diferențe de potențial pe o suprafață omogen electrolitică se îndeplinesc condițiile existenței unui electrolizor la nivel nanometric. Un astfel de nanoelectrolizor funcționează si ca un panou de producere de hidrogen cu lumina solara: apa de lângă nano catod(-) produce hidrogen, este bazică în timp ce apa din apropierea nano anodului(+), produce oxigen, este acidă. 

Reducere la catod: 2H+(aq) + 2e− → H2(g) Oxidare la anod: 2H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4e− 

Peroxidul de hidrogen, cunoscut sub denumirea comună de apă oxigenată (sau perhidrol) este un lichid incolor, cu punctul de fierbere 150,2 °C și cu punctul de topire/înghețare -0,432 °C. 

Formula sa chimică este H2O2. 

 Se amestecă cu apa în orice proporție, este solubil în eter și alcool. 

Are constanta dielectrică mare, apropiată de a apei, fiind un bun dizolvant ionizant față de săruri, în cazurile în care nu se manifestă ca oxidant. 

O soluție de 3% în apă distilată are numele de apă oxigenată farmaceutică iar o soluție 35% poartă denumirea de perhidrol.

Fiind instabilă în soluții concentrate, se descompune spontan, rezultând apă și oxigen. 

Viteza de descompunere este influențată de o serie de factori ca: lumina, căldura, catalizatorii etc. 

Poate fi stabilizată prin adaosul unor mici cantități de acid fosforic, uree, acid sulfuric, fosfat de sodiu, etc  care reduc viteza de descompunere în apă și oxigen . 

Este un compus cu oxigen reactiv și o sursă de radicali hidroxil. 

Poate participa la reacții chimice oscilante Briggs-Rauscher. 

Cu un acid formează peracidul corespunzător. 

Poate oxida amoniacul la hidrazină. 

Se păstrează în vase de culoare închisă pentru a evita expunerea la lumină. 

Peroxidul de hidrogen este preparat aproape exclusiv prin procedeul antrachinonă. S

inteza electrochimică a H2O2 din apă și oxigen este o alternativă foarte promițătoare, deoarece permite: (a) producția locală acolo unde este necesară 

(b) utilizarea energiei electrice pentru sinteza chimică. 

Proprietatile fotocatalitice ale dioxidului de titan au fost descoperite intamplator in 1967 de Akira Fujishima publicat in 1972 si a fost numit efectul Honda-Fujishima. 

Dioxidul de titan in strat nanometric, are un mare potential pentru a fi utilizat in producerea de energie prin hidroliza: disociaza apa in hidrogen si oxigen. 

 Hidrogenul colectat poate fi folosit drept combustibil. 

 Eficienta acestui proces poate fi mult imbunatatit prin bombardarea oxidului cu carbon. Rezultate si mai bune s-au obtinut prin introducerea dispersiei haotice in structura reticulara a stratului de suprafata al nanocristalelor de dioxid de titan, care permite absorbtia in infrarosu. 

 In 1995 Fujishima si grupul sau de cercetatori a descoperit fenomenul “superhidrofiliei” pentru suprafete de sticla acoperita cu dioxid de titan expus la lumina soarelui. Acest lucru a dus la dezvoltarea nanoacoperirii cu efect de auto-curatare pentru geamuri si efectul de anti-aburire. 

Nanoparticulele de TiO2 inglobate in vopsele sau incorporate in materiale de constructii la exterior, cum ar fi pietre de pavaj “Noxer Blocks” produse de Marshalls co. –UK ce pot fi vazute azi in City of Westminster London si alte orase Europene. Acestea pot reduce substantial concentratiile de poluanti din aer, cum ar fi compusi organici volatili si oxizi de azot. 

 Cercetatorii de la City Cure implementeaza tratamente cu aceste nanoacoperiri unice si brevetate pe baza de dioxid de titan pentru diverse aplicatii cu rezultate promitatoare. 

Capacitatea de auto-curatare, purificarea aerului si indepartarea mirosurilor neplacute sunt cele trei beneficii importante. In afara de acestea, aminitm: extrema durabilitate , usurinta in aplicare, siguranta, ecologica. 

Caracteristicile dioxidului de titan sunt de mult cunoscute. Abia din 2014 s-a constatat ca este posibila fuziunea efectiva a TiO2 pe diferite suprafete. 

 Dioxidul de titan - formula chimica : TiO2- cunoscut de asemenea sub numele de “oxid de titan (IV)” sau “titania”, este oxidul de titan natural. 

Cand este utilizat ca un pigment, este numit pigment alb de titan 6 (PW6), sau CI 77891. In general, provine din ilmenit, rutil si anatas. 

El are o gama larga de aplicatii, de la vopsea pentru protectie solara la colorant alimentar. Cand este utilizat ca un colorant alimentar, acesta are codul E 171. 

Dioxidul de titan se regaseste in majoritatea peliculelor si acoperirilor de protectie solara, din cauza indicelui mare de refractie, capacitatilor sale de absorbtie a luminii solare si rezistenta la decolorare sub razele ultraviolete (UV) puternice. Acest avantaj sporeste stabilitatea si capacitatea acestuia de a proteja pielea umana de razele ultraviolete. 

Particulele de dioxid de titan maruntite la nivel nanometric sunt utilizate in principal la fabricarea lotiunilor de ecranare a soarelui, deoarece acestea imprastie lumina vizibila mai putin decat pigmentii de dioxid de titan la nivel micrometric din trecut, oferind in acelasi timp acelasi nivel de protectie UV. Produsele de protectie solara concepute pentru copii mici sau persoane cu pielea sensibila se bazeaza adesea pe dioxid de titan si / sau oxid de zinc, deoarece se considera ca aceste protectii minerale anti- UV, provoca iritarea pielii mai putin decat alte produse chimice de absorbtie UV.

 Acest pigment este utilizat pe scara larga in materiale plastice si alte aplicatii, nu numai ca pigment alb sau de opacizare, ci si pentru proprietatile sale de rezistenta la UV. 

Aceasta pulbere disperseaza lumina - spre deosebire de absorbantii UV organici, reducand daunele provocate de UV, datorita mai ales indexului de refractie extrem de ridicat al particulelor. 

Anumiti polimeri utilizati in acoperiri pentru beton si ciment pentru consolidare, sunt uneori aditivati cu pigment alb de titan pentru protectie UV in industria constructiilor, dar nu fac decat sa intarzie fotodegradarea prin oxidare a polimerului in cauza. Se creaza astfel asa numitul efect de "creta " prin exfolierea stratuluin din cauza rezistentei reduse la impact si care poate duce la prabusirea structurii de beton dupa ani de expunere neprotejata la lumina directa a soarelui, daca nu au fost inclusi in compozitie stabilizatori anti UV. 

 Dioxidul de titan, in special sub forma de “Anatas”, este un fotocatalizator care se activeaza in prezenta razelor ultraviolete. S-a constatat ca dioxidul de titan nanometric bombardat cu ioni de azot sau oxizi metalici precum trioxidul de wolfram (Tungsten) este de asemeni un fotocatalizator activat atat de razele UV dar si de cele din spectrul vizibil. 

Radicalii hidroxil formati oxideaza materia organica. In afara de utilizarea sa ca pigment, dioxidul de titan poate fi adaugat in vopseluri, ciment, gresie, pe ferestre sau alte materiale pentru sterilizare, deodorizare si cu proprietati de auto-curatare si este folosit drept catalizator de hidroliza. 

De asemenea, este utilizat in noile celule fotovoltaice imprimabile tip Gratzel. 

 Un ciment fotocatalitic care utilizeaza dioxidul de titan drept componenta principala, produs de Italcementi Group, a fost inclusa in “Top 50 Inventii din 2008” conform revistei Times. 

Se fac la ora actuala cercetari pentru a mineraliza poluantii prin fotocataliza si a transforma acesti poluanti in apa reziduala si CO2. 

TiO2 reprezinta un mare potential ca tehnologie industriala de detoxifiere si refacere a apelor uzate datorita urmatorilor factori: 

-procedeul are loc in conditii ambientale si utilizeaza oxigenul natural si lumina solara, depinde de lungimea de unda a luminii si este accelerata de razele UV 

-TiO2 fotocatalitic este ieftin, accesibil, netoxic, stabil din punct de vedere chimic si mecanic 

Spre deosebire de tehnicile de fotoliza directa, se evita formarea compusilor intermediari nedoriti Oxidarea este totala pana la CO2.

 TiO2 poate fi aplicat ca pelicula subtire pe peretii reactorului fiind separat de apele tratate.