UTILIZZI DELLA TITANIA

Storicamente Kato e Mashiko furono i primi nel 1959 a documentare la formazione simultanea di H2O2 e composti carbonilici tramite foto-ossidazione utilizzando la Titania come catalizzatore. Successivamente, nel 1964 essi riportarono gli studi sulla decomposizione fotocatalitica del TetraIdroNaftalene tramite Titania irraggiata con luce Uv.
Nel 1972, Fujishima ed Honda mostrarono la decomposizione dell'H2O su elettrodi di Titania sotto radiazione Uv. In particolare, lo Splitting dell'acqua attraverso la frazione di luce Uv dello spettro solare attirò particolare attenzione dal punto di vista dell'utilizzo di risorse naturali per la produzione di H2 e O2 come energia pulita. Nonostante questi risultati promettenti, una pratica applicazione industriale non è stata portata avanti fino alla fine del 1990, quando la scoperta delle proprietà idrofiliche della Titania da parte di Wang ed il suo gruppo ha indirizzato la ricerca verso le sue proprietà fotocatalitiche e le applicazioni possibili [30].


Figura1. Splitting dell'H2O per effetto fotocatalitico[31].

Le fotocatalisi con luce Uv-vis basate sulla Titania sono caratterizzate da effetti principali come la foto-decomposizione di gas, ad esempio i VOCs (Volatile Organic Compounds), idrofilicità superficiale foto-indotta e disinfezione di germi/microbi. Su questi effetti si basano diverse applicazioni commerciali della TiO2:
-  Specchietti laterali idrolili per automobili per una visibilità più chiara sotto ogni condizione metereologica;
-  Depuratori d'aria che eliminano gli odori e VOC tramite foto-decomposizione;
-  Rivestimenti fotocatalitici per decomporre contaminazioni superficiali, ad esempio su tende, piastrelle e pareti.
La priorità perchè vi sia un' applicazione pratica della fotocatalisi sul mercato è caratterizzata da due importanti aspetti:la sicurezza degli intermedi sviluppatisi dalla decomposizione dei VOC e l'effetto del contatto diretto con gli organismi viventi [32].


Figura2.Test sulla tossicità della fotocatalisi con luce visibile sugli organismi viventi [32].

A tale proposito sono stati effettuati 4 tipi di test sulla tossicità (Figura2) quali il Test di Ames, un test sull'aberrazione cromosomica, un test sull'irritazione della pelle ed un test sulla sensibilizzazione della pelle sotto irraggiamento con luce visibile. I risultati di tali test hanno confermato che la fotocatalisi con luce visibile basata sulla Titania drogata con N non mostra effetti mutageni sul DNA e cromosomici e non induce irritazione nè sensibilizzazione della pelle. Di conseguenza si può concludere che questi materiali non sono dannosi per gli organismi viventi pertanto possono essere applicati in modo sicuro in ambienti indoor.
Esempi tipici di queste applicazioni sono i seguenti[33]:
◊  Indumenti tessili: Il ricoprimento con strati di N-TiO2 preparati mediante Slurry contenenti un legante di silice e diverse percentuali di polveri di N-TiO2 parzialmente ricoperti di idrossiapatite per evitare il diretto contatto delle polveri con i tessuti che potrebbe danneggiare le fibre. Questi tessuti sono impiegati in ambito medico e per cappotti, camicie, tende e tappeti, grazie alle proprietà disinfettanti e alle capacità di eliminare VOC ed odori.
◊  Vetro: Un’ altra proprietà molto interessante della titania è quella della super-idrofilicità, che si manifesta sulla superficie del materiale dopo l’esposizione a luce UV. La super-idrofilicità e l’idrofobicità sono i due principali modi per realizzare materiali autopulenti. Se la TiO2 nella forma cristallina dell’Anatasio viene esposta alla luce UV si ottengono angoli di contatto molto bassi (<1°). Questi materiali hanno la rara proprietà di attirare piuttosto che respingere l’acqua. Proprio questa caratteristica viene definita super-idrofilicità. L’acqua rimane piatta sulla superficie invece di formare delle goccioline. Se si interrompe l’illuminazione il comportamento super-idrofilo rimane per circa due giorni. Allo stesso modo anche il drogaggio con N garantisce le caratteristiche di idrofilicità, ricoprendo con un legante di silicone l'angolo di contatto dell'acqua sul vetro è di circa 5°.


Figura3. Differenza di comportamento tra una piastrella non rivestita e una rivestita con TiO2[34].


◊  Fogli e carta da parati: i fotocatalizzatori attivi nel visibile sono molto promettenti anche nelle decorazioni degli interni in quanto in grado di migliorare la qualità dell'aria in ambienti chiusi. I prodotti della N-TiO2 sono stati realizzati per formare degli strati trasparenti da sovrapporre a superfici interne ed utensili da cucina al fine di eliminare odori e VOCs. In particolare un gran numero di carte da parati con una grande area superficiale specifica sono molto efficienti per l'adsorbimento di gas. Un' eccellente fotodecomposizione di H2S avviene per mezzo di N-TiO2 supportata su carta giapponese, dove 5 ppm di H2S sono ridotti a 0 ppm sotto irraggiamento con luce visibile per un'ora.
◊  Fiori artificiali: attualmente si è diffuso l'uso di fiori artificiali per la decorazioni di interni. Il loro ricoprimento con N-TiO2 conferma l'efficace foto-decomposizione di odori e VOCs quali acetaldeide e toluene, con il vantaggio di pulire e disinfettare l'ambiente circostante.
◊  Sbiancante per denti: l'azione sbiancante è stata principalmente effettuata mediante la combinazione di una pasta contenente H2O2 e irraggiamento con luce Uv. La radiazione Uv decompone H2O2 generando radicali ossidrili che distruggono lo strato di tannini e di altri cromogeni riducendo l'ingiallimento. Tuttavia, un'attenta schermatura delle gengive dalla luce UV deve essere garantita per proteggere la pelle dal tumore. Un efficace sbiancamento è possibile solo a concentrazioni di H2O2 oltre al 35%, che risultano fortemente irritanti per le gengive. A tale proposito si ricorre all'uso di polveri di N-TiO2 combinate al H2O2, che permette lo sfruttamento della luce visibile e di una concentrazione ridotta di H2O2. Questo genera prodotti più sicuri per i pazienti, che hanno riscontrato irritazioni scarse o assenti. Tale prodotto è stato introdotto nel mercato americano nel febbraio del 2005.


Figura4. Uso di N-TiO2 come sbiancante per denti [35].

La diffusione su larga scala dei prodotti basati su questo materiale è ancora ridotta a causa del maggior costo delle polveri di TiO2 rispetto ai pigmenti bianchi e alla bassa temperatura di processo richiesta per ottenere polveri ad alta area superficiale.

Esempi di di degradazione di alcuni inquinanti
Utilizzo della TiO2 nelle celle solari


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