Фотокатализ. Фотокаталитические методы очистки воздуха и воды

Фотокатализ на современном этапе развития науки определяется как "возбуждение или изменение скорости химических реакций под воздействием света в присутствии фотокатализаторов - веществ, которые поглощают световые кванты и участвуют в химических превращениях, вступая многократно с ними в промежуточные взаимодействия и после каждого цикла таких взаимодействий восстанавливая свой химический состав ".

Фотокатализ играет очень важную роль в живой природе. Так, фотосинтез обеспечивает жизнь на нашей планете Земле. В качестве фотокатализатора в процессах очистки воздуха и воды от органических примесей используется исключительно TiO2 .

Очистка воздуха. Использование на практике TiO2 как фотокатализатора.

Как связаны очистка воздуха и фотокатализ? Любой фотокаталитический воздуха очиститель на практике включает в себя пористый носитель с TiO2, который облучен светом и через который проходит воздух.

Фотокатализ фактически дает возможность в мягких условиях, но при этом глубоко окислять органические соединения, а простота устройства позволяет надеяться на прекрасную перспективу в использовании фотокатализа на практике. К широкому выпуску фотокаталитических очистителей в настоящее время приступили такие известные фирмы, как "Sharp", "Toshiba" и "TOTO". В России также готовится выпуск фотокаталитических оригинальных очистителей воздуха.

Также помимо описанных устройств использовать можно активный TiO2 и для покрытия стен в помещениях. Вся поверхность помещения в этом случае работает в роли очистителя воздуха. Под действием света на поверхности TiO2  не только разрушаются органические молекулы, но также погибают те вредные микроорганизмы, которые обладают высокой сопротивляемостью к ультрафиолетовому излучению.

Самоочищающиеся стекла

Соединение TiO2 - является прозрачным для видимого света, потому тонкие пленки из TiO2 , которые наносятся на стекло, незаметны для глаз. А само стекло, которое покрыто такой пленкой, может самоочищаться от органических загрязнений под действием освещения за счет процесса окисления (фотокатализ).

Незапотевающие стекла и зеркала

Запотевание стекол связано с плохой смачиваемостью стекольной поверхности, то есть образованием на его поверхности слоя маленьких капелек воды, которые рассеивают свет. Поверхности зеркала или стекла чаще всего плохо смачиваются из-за загрязнения различными органическими веществами, которые на них попадают из воздуха или при касании, к примеру, руками. Под действием света прозрачная тонкая пленка фотоактивного TiO2  разрушает органические загрязнители, поверхность при этом хорошо смачивается, и вода, что попадает на такую поверхность, в капельки не собирается, а равномерно растекается по поверхности, и потом испаряется.

Использование процесса фотокатализа для очистки воды

Самым перспективным является использование TiO2 при очистке сточных вод в отстойниках и накопительных резервуарах. Доказано, что пестициды, которые используются в сельском хозяйстве, разрушаются в водоемах в течение нескольких месяцев. Добавление маленьких количеств безвредного TiO2 дает возможность сократить этот период до нескольких дней без использования искусственного источника света, так как данный процесс происходит под воздействием солнечного света.

Существуют проточные реакторы, используемые для очистки воды от органических примесей. Такие реакторы используют гомогенные фотокатализаторы, как соли железа, при этом в воду добавляют и окислитель - перекись водорода. Механизм действия такой системы в общих чертах можно описать следующим образом:

Раствор соли железа и перекиси водорода называется реагентом Фентона. В ходе процесса разложения водородной перекиси образуется OH-радикал - сильнейший окислитель. Эта частица и является ответственной за окисление органических соединений. Скорость процесса окисления под действием света может увеличиться в сотни раз; данная система называется "Фото-Фентон". И хотя действие света и его механизм еще окончательно не поняты, система уже нашла применение на практике из-за простоты, экономичности и высокой эффективности. Оборудование для очистки сточных вод по такому методу, в частности, поставляется компанией "Calgon Carbon Oxidation Technologies".

И в заключение хотелось бы сказать, что очистка воздухаи воды сейчас как никогда нуждаются в новых технологиях. И фотокаталитические технологии по очистке воды и воздуха находятся все время в разработках. Несомненно, что они день за днем совершенствуются, но и сейчас уже есть те достоинства, которые обусловливают их перспективы и привлекательность.