Fotokatalizatory oczyszczą wodę

"Moja praca przypomina trochę alchemię. Biorę "magiczny" proszek, wsypuję do brudnej wody, mieszam i wystawiam na słońce. Po paru godzinach mam czystą wodę plus substancje, z których można robić użyteczne rzeczy, na przykład leki" opisał autor badań dr inż. Juan Carlos Colmenares z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

Dr Colmenares opracowuje substancję, która umożliwi ponowne wykorzystanie wody, zanieczyszczonej związkami organicznymi z odpadów przemysłowych. Doświadczenia przeprowadzone w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie udowadniają, że te substancje te można z powodzeniem przekształcać w użyteczne związki chemiczne i paliwo.

Dzięki zastosowaniu odpowiednio dobranych fotokatalizatorów transformacja brudnej wody w czystą i wartościowe surowce chemiczne nie wymaga specjalistycznych instalacji i zachodzi w warunkach powszechnie występujących w przyrodzie.

Katalizator to substancja, która uczestnicząc w reakcji przyspiesza jej przebieg i całkowicie odtwarza się po jej zakończeniu. W typowych procesach katalizy aktywacja katalizatorów zachodzi w wysokich temperaturach, rzędu kilkuset stopni, często przy znacznie podwyższonym ciśnieniu.

"Fotokatalizatory, którymi się zajmujemy, są pod wieloma względami odmienne od tradycyjnych katalizatorów. Ich aktywacja następuje pod wpływem światła, sama temperatura nie ma na to większego wpływu" - podkreślił dr Colmenares. Reakcje z udziałem fotokatalizatorów zachodzą przy dobrym nasłonecznieniu, w temperaturze ok. 30^oC i w zwykłym ciśnieniu atmosferycznym - a więc w warunkach występujących naturalnie przez cały rok w wielu krajach równikowych.

Badane w Instytucie Chemii Fizycznej PAN fotokatalizatory to substancje stałe, których podstawą jest dwutlenek tytanu TiO2. Katalizowana reakcja zachodzi w cieczy zawierającej zanieczyszczenia organiczne. Po zakończeniu reakcji katalizator można odseparować niemal bez strat i użyć ponownie.

Badania nad fotochemiczną degradacją zanieczyszczeń były prowadzone na świecie już w końcu lat 60. ubiegłego wieku. W wyniku intensywnego naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym otrzymywano wtedy substancje chemiczne o prostej budowie.

W pracach prowadzonych w IChF PAN chodzi o taki dobór fotokatalizatorów i warunków reakcji, aby ta mogła przebiegać bez użycia specjalistycznej aparatury, a proces degradacji biomasy zatrzymywał się na precyzyjnie ustalonym etapie. Za pomocą fotokatalizy z udziałem dwutlenku tytanu badaczom udało się już wyprodukować kwasy karboksylowe, stosowane m.in. w farmacji i przemyśle spożywczym.

Możliwe jest również spreparowanie fotokatalizatora w taki sposób, aby reakcja dobiegała do końca i powstawały substancje o najprostszej budowie, jak wodór czy dwutlenek węgla. Ostatni związek nie jest pożądany i wymagałyby zagospodarowania, wodór ma jednak doskonałe perspektywy jako paliwo przyszłości.

"W warunkach laboratoryjnych reakcje biomasy z udziałem fotokatalizatorów już teraz wyglądają obiecująco. W tym roku przystąpimy do pierwszych testów w pilotażowych fotoreaktorach biochemicznych Uniwersytetu w Kordobie w Hiszpanii. Reakcje będą tam przebiegały w cieczach o objętości liczonej w dziesiątkach litrów" - zapowiedział dr Colmenares i zastrzegł, że zanim nowa technologia będzie mogła się upowszechnić, trzeba przeprowadzić jeszcze wiele testów i badań.

źródło i zdjęcie: naukawpolsce.pap.pl