Fotokatalytické materiály a technologie

Odborné zaměření skupiny je soustředěno na hodnocení fotokatalyticky aktivních materiálů: sklo, keramika, nátěry, omítky, betonové stěrky, prefabrikované stavební dílce, textilie. Proces fotokatalýzy patří mezi pokročilé oxidační procesy a představuje slibnou metodu pro odstraňování polutantů z životní prostředí ať už se jedná o odbourávání toxických látek rozpuštěných ve vodách (pesticidy, barviva, léčiva), ve vzduchu (VOC, NOx) či v tuhé fázi (tuky). Další aplikace je založena na schopnosti těmito procesy inaktivovat mikroorganismy.

Užití fotokatalýzy se dělí na dvě základní oblasti:

• samočištění- díky fotokatalytickému účinku je povrch materiálu schopen rozkládat pevné organické nečistoty na povrchu. Výsledkem je povrch odolný proti ulpívání nečistot a dlouhodobě si tak udržuje původní vzhled a barvu
• čištění okolního média –založeno na schopnosti aktivovaného materiálu oxidativně rozkládat konkrétní nežádoucí látky přítomné v znečištěném vzduchu nebo vodě. Tím je možno potlačit některé nepříznivé důsledky lidské činnosti, např. znečištění ovzduší hustě osídlených oblastí.

ISO testy stanovení fotokatalytické aktivity v plynné fázi

Testy stanovení fotokatalytické aktivity v plynné fázi dle metodiky ISO jsou vhodné pro otestování fotokatalytických materiálů z hlediska jejich schopnosti odbourávání polutantů ze vzduchu. Metoda je založena na stanovení látkového množství fotokatalyticky odbouraného polutantu (NOx, formaldehyd, acetaldehyd) v průtočném fotoreaktoru během expozice testovaného materiálu UV zářením. V případě organických polutantů je analýza řešena pomocí GC-FID, v případě NOx. je k analýze využíván chemiluminiscenčního analyzátoru umožňujícího stanovení NO, NO₂ a celkové sumy NOx.

Schématické znázornění aparatury

Přehled instalovaných ISO metod, ISO 22197-3 (odstraňování toluenu) je realizováno ve spolupráci s Ústavem anorganické technologie

Požadavky na vzorky:

standardní rozměr vzorku činí 5x10 cm (tloušťka 4 či 8 mm).

Stanovení fotokatalytické aktivity metodou modelových inkoustů

Metoda modelových inkoustů je vhodná pro rychlé otestování fotokatalytické aktivity nejrůznějších samočistících povrchů, jako jsou skla, nátěry, dlaždice, textilie, betony. Princip metody je založen na barevné přeměně barviva v modelovém inkoustu, ke které dochází na fotokatalyticky aktivním povrchu. V současné době je tato metoda v přípravném řízení pro ISO standard.

Modelový inkoust obsahuje kromě barviva, glycerol sloužící jako dárce elektronů. Fotogenerované vakance oxidují glycerol na glyceraldehyd popř. další oxidační produkty, excitované elektrony nevratně redukují barvivo v inkoustu, přičemž je tato redukce doprovázena barevnou změnou. V důsledku přítomnosti glycerolu dochází k omezení rekombinačních reakcí, barevná přeměna indikátorového inkoustu je tudíž na rozdíl oxidačních fotokatalytických reakcí (např. rozklad azobarviva v roztoku) velmi rychlá.

Stanovení fotokatalytické aktivity je založeno na obrazovém zpracování barevné změny tenkého filmu inkoustu v závislosti na době expozice UV zářením a kvantifikaci fotokatalytické aktivity jako času potřebného na 90%-ní barevnou přeměnu barviva v inkoustu. Níže je uveden příklad barevné přeměny inkoustu obsahující barvivo Resazurin na komerčním fotokatalyticky aktivním skle (horní řada) a na skle bez fotokatalyticky aktivní vrstvy (spodní řada). Na fotokatalyticky aktivním skle dochází k fotokatalytické redukci modrého Resazurinového barviva do formy Resorufinu (růžová barva). Na srovnávacím vzorku bez fotokatalyticky aktivní vrstvy pouhým ozáření UV zářením k barvené přeměně nedochází.

Příklad barevné přeměny Resazurinového inkoustu na fotokatalyticky aktivním povrchu (a na neaktivním vzorku .

Požadavky na vzorky:

nejméně 8 vzorků (2,5x 2,5 cm) o tloušťce 3 mm. Po dohodě je možno dodat vzorky o jiných tloušťkách.

Spolupráce:

Pro oblast stavebních hmot byla navázána úzká spolupráce s Ing. Martinem Keppertem, PhD (Katedra materiálového inženýrství a chemie  FSv ČVUT Praha