Применение фотокаталитических покрытий оксида титана

В настоящее время наблюдается все возрастающий интерес к исследованиям и применению фотокатализатора на основе оксида титана (TiO2). Так, если в 90-ые годы было до тысячи научных и исследовательских публикаций в год по фотокатализу, то сегодня — это уже десятки тысяч в год, и большая часть их посвящена практическому применению.

Связано это с тем, что фотокатализ является достаточно недорогой и легко применяемой технологией, способной решать многие задачи, при этом не требуя практически никаких затрат в процессе эксплуатации.

Для фотокатализа нужен сам катализатор (TiO2), который не расходуется, и солнечный свет или ультрафиолетовое излучение.

Как работает фотокатализатор TiO2

Оксид титана при поглощении кванта света с энергией более 3,2 эВ (это свет с длиной волны менее 390 нм – ультрафиолет) генерирует свободные носители зарядов – отрицательные электроны и положительные вакансии (дырки). Электороны и дырки, выходя на поверхность TiO2, вступают в окислительно-восстановительные реакции с кислородом и парами воды из воздуха либо водой.

В процессе этих реакций образуются сильные окислители (О2-, -ОН и радикалы), которые непосредственно и взаимодействуют с различными органическими загрязнениями. Образование такого рода частиц делает поверхность TiO2 очень сильным окислителем, что позволяет разлагать вредные вещества путем их фотокаталитического окисления до безопасных H2O и СО2.

Схема образования частиц на поверхности TiO2 под действием света

Следует отметить, что оксид титана, который встречается в природе в различных модификациях (анатаз, рутил, брукит) как правило, не является фотокатализатором. Для получения фотокаталитических свойств TiO2 должен быть синтезирован в определенных условиях и иметь наноразмерную структуру.

В настоящий момент известно, что наибольшей фотокаталитической активностью обладают наноразмерные частицы TiO2 от 10 нм до 50 нм.

Процесс вакуумно-плазменного нанесения позволяет получать высокоэффективный фотокаталитические покрытия TiO2, наноструктурного размера, а также позволяет легировать получаемые покрытия в процессе нанесения.

Легирование, например азотом, уменьшает ширину запрещенной зоны полупроводника (TiO2). Это позволяет оксиду титана генерировать электроны и дырки как при ультрафиолетовом излучении, так и при некоторых длинах волн видимого света (это кванты света с более низкой энергией).

В переводе на более понятный язык это означает, что за счет легирования оксида титана повышается его эффективность.

Чем удобен в использовании фотокатализатор TiO2 полученный в процессе вакуумно-плазменного напыления

Возможно нанесение на различные поверхности, хорошая адгезия к разным материалам.

На сегодняшний день существует несколько различных технологий по получению фотокаталитического оксида титана. Однако большинство методов позволяют получать только порошкообразный фотокатализатор, применение которого ограничено.

Это связано с трудностью освещения фотокатализатора и необходимостью выделения его из реакционной среды. В связи с этим основной акцент делается на создании наноструктурных покрытий из TiO2.

Вакуумно-плазменное напыление позволяет нам получать эффективный, наноструктурный фотокатализатор на широком спектре поверхностей (стекло, металл, ткань).

Покрытия из TiO2 обладают высокой адгезией к поверхности, не отваливаются и не смываются. Любую поверхность с напылением из TiO2 легко позиционировать для облучения светом, в отличие от порошков, которые надо еще как-то разместить и зафиксировать на поверхности.

Легко интегрировать в существующие и новые УФ устройства.

Возможность наносить TiO2 на поверхности деталей в устройствах ультрафиолетовых очистителей и обеззараживателей позволяет многократно улучшить их характеристики. При этом не потребуется вносить какие-либо значимые конструктивные изменения в данные устройства.

Возможность наносить на большие по площади поверхности – важно для эффективной очистки, и особенно для промышленных установок.

Наиболее высокая эффективность любых фотокаталитических устройств напрямую зависит от площади поверхности фотокатализатора, контактирующей с очищаемой средой (воздух, вода).

Другими словами: чем больше площадь освещенного УФ фотокатализатора тем эффективнее будет очистка и обеззараживание.

Это особенно важно для различных промышленных установок, где потоки очищаемого воздуха могут быть очень значительными. В таких установках площадь панелей с фотокатализатором, которые размешаются в воздуховодах, может быть десятки или даже сотни квадратных метров.

Наше предприятие имеет возможность наносить наноструктурный фотокаталитический TiO2 на поверхности до 9 м² за один производственный цикл, что определяет невысокую цену покрытия.

Проекты реализованные на данное время

Самоочищающееся стекло

Нанесение покрытия TiO2 на стекла для использования в фасадных конструкциях.

Рециркулятор «Витязь ФК 01»

Нанесение покрытия TiO2 на внутренние элементы рециркулятора. Подробнее ознакомиться с данным проектом вы можете на сайте производителя

Фильтры промышленных выбросов (снижение концентрации ацетона, бензина, толуола, формальдегида и др. в соответствие с ПДК)

Нанесение покрытия TiO2 на листы нержавеющей стали и алюминия – используются для изготовления корпуса и панелей фотокаталитического фильтра.

Мы заинтересованы в партнерстве и реализации проектов

Фильтры для объектов животноводства и птицеводства

Фотокаталитические фильтры, устраняющие болезнетворные бактерии и вирусы в воздухе для снижения заболеваний животных и птиц. Фильтры для нейтрализации выбросов от жизнедеятельности животных и птиц.

Рециркуляторы для овощехранилищ

Этилен (C2H4)– газ, вырабатывается всеми растениями и выделяется при их хранении, выступает как катализатор, способствующий ускоренному созреванию и старению фруктов, действует на продукты даже в малых концентрациях.

Существующие для овощехранилищ установки по выжиганию этилена достаточно дороги и энергоемки. Фотокатализатор TiO2 эффективно разлагает этилен на углекислый газ и пары воды, убивает споры плесневых грибков и тем самым способствует установлению правильного микроклимата в овощехранилище.

Фотокаталитический рециркулятор воздуха с TiO2 в овощехранилище позволяет значительно увеличить сроки хранения и до минимума снизить потери овощей и фруктов.

Техника и мебель для медицинских и ветеринарных учреждений

В медицине и ветеринарии давно применяются системы УФ обеззараживания («кварцевание» помещений, шкафы хранения стерильного инструмента и материалов с УФ лампами).

Применение совместно с действующими УФ системами фотокатализатора TiO2, нанесенного на какие-либо поверхности (например, на стенки и полки шкафов для хранения, на контейнеры для хранения и т.д.) позволяет многократно увеличить эффективность данных систем.

Промышленные фильтры вытяжной и приточной вентиляции.

Многие промышленные предприятия, в связи со спецификой своей деятельности, являются источниками выбросов различных веществ, порой превышающие ПДК. Перечень различных органических загрязнений огромен (ацетон, аммиак, бензол, ксилол, толуол, сероводород, фенол, формальдегид и др.), и многие из этих веществ трудно улавливать фильтрами.

Отличительной особенностью фотокаталитических очистителей является полное уничтожение органических загрязнений с превращением их в экологически безопасные вещества (Н2О и СО2), в то время как наиболее распространенные адсорбционные очистители (построенные, например, на основе активированного угля) лишь накапливают токсичные компоненты, требуют периодической замены и утилизации адсорбента.

Это обстоятельство делает адсорбционные очистители достаточно дорогими в эксплуатации, в отличие от фотокаталитических, которые при эксплуатации затрат практически не требуют.

Модернизация УФ обеззараживания воды до УФ-фотокатализ.

УФ обеззараживание питьевой воды – широко применяется. Нанесение TiO2 на кварцевые трубки для установки УФ ламп в системах обеззараживания воды позволяет увеличить эффективность обеззараживания за счет фотокатализа и обезвредить те вещества, которые слабо подвержены воздействию УФ излучения.

Фотокатализатор TiO2 для холодильников - устранение запахов, увеличение сроков хранения.

Многие мировые лидеры в производстве холодильников уже используют фотокаталтические фильтры в системе внутренней вентиляции для увеличения сроков хранения и нейтрализации запахов.

Это в основном относится к более дорогим моделям бытового применения. Промышленные холодильники, как правило, не имеют таких устройств. В больших холодильниках подобные устройства могут быть выполнены как устройства внутриобъемного рециркулирования.

Кроме того в бытовых холодильниках возможно использовать не только специальный фотокаталитический фильтр в системе вентиляции, но и обычную стеклянную полку с напыленным TiO2 и источник УФ света (UVA лампа либо УФ светодиоды).

Для любых устройств и проектов, использующих фотокатализ мы готовы изготавливать как серийные, так и единичные, экспериментальные элементы с напыленным наноструктурным фотокатализатором TiO2.

Готовы предоставить данные по результатам испытаний в рамках исследований проведенных совместно с различными заинтересованными организациями по эффективности использования фотокатализатора, нанесенного нами.

Готовы обсуждать любые партнерские соглашения и проекты на взаимовыгодной основе в области использования наноструктурных покрытий.