Технологии

"Я никогда не забуду тот момент, когда я понял,
что смог искусственно сымитировать
фотосинтез растений."

Акира Фудзисима

В 1972 году аспирант Токийского университета Акира Фудзисима (Akira Fujishima) и его научный руководитель профессор Кениши Хонда (Kenichi Honda) занимались поиском новых технологий получения водорода. Результатом их труда стала статья в престижном журнале «Nature». В статье впервые был описан процесс разложения воды на поверхности кристаллов диоксида титана (TiO2) под действием солнечного света.

Процесс был назван фотокатализ. В 1985 году, опять-таки в Японии, только поступивший в аспирантуру Токийского университета Такехиро Мацунага (Takehiro Matsunaga) сообщил миру о бактерицидных способностях TiO2. С тех пор на тему фотокатализа написаны сотни научных работ.

Так что же это такое – фотокатализ? По-простому - это ускорение химической реакции, связанное совместным действием катализатора и света.

На представленном видео вы можете наблюдать явление фотокатализа на практике.

В течении 6 часов нанесенные на фотокаталитический элемент табачные смолы под действием УФ-излучения полностью разлагаются на воду и углекислый газ.

Удаление табачных смол с поверхности фотокаталитического элемента под действием
УФ-излучения

Рассмотрим детально реакцию фотокатализа:

TiO2 - полупроводник. В таких соединениях электроны могут находиться в двух состояниях: свободном и связанном. Обычное состояние электрона – связанное, то есть он связан с ионом кристаллической решетки вещества, образуя при этом прочную химическую связь.

Для того, чтобы «вырвать» электрон из кристаллической решетки необходимо приложить не менее 3,2 электронвольт (эВ) энергии (для сравнения кинетическая энергия летящего комара примерно триллион эВ). На нашу радость, именно такое количество энергии несет квант света с длиной волны меньше 390 нМ. Итак, квант света «выбивает» электрон из решетки, образуя электронную вакансию, а проще – «дырку».

Электрон и дырка активно двигаются внутри частицы TiO2. В результате движения они либо рекомбинируются (встречают друг друга , «женятся»
и возвращаются в связанное состояние), либо вырываются на поверхность и тут же захватываются ею.

И «дырка» и электрон невероятно химически активны. Вся поверхность катализатора является мощнейшим полем окисления. Соприкасаясь
с поверхностью катализатора кислород, получая в подарок свободный электрон, рождает окислительный радикал О-, который способен разрушить (окислить) любое органическое соединение. «Дырка», в свою очередь, сама вступает в реакцию с первым же встреченным ею на поверхности органическим соединением. «Дырка» вырывает из структуры соединения недостающий ей электрон, тем самым разваливая сами соединения на воду
и углекислый газ.

Каждый раз на смену «отработавшим» парам электрон –«дырка» на поверхность катализатора поднимается, как пузырьки в бокале шампанского, все новая и новая свободная пара. Процесс окисления будет идти до тех пор, пока свет подает на катализатор.

Фотокаталитический фильтр
минерализует органические молекулярные примеси, в основном, до углекислого
газа и воды

Наши технологические достижения:

Катализатор. Наибольшей фотокаталитической активностью обладает TiO2 c кристаллической модификацией анатаза, содержащий минимальное количество примесей. Мы применяем в наших приборах именно такой катализатор в виде ультрадисперсного порошка собственного производства. Размер частиц около 40 нм. Именно в таком состоянии катализатор высокоактивен и имеет максимальную поверхность для реакции.

Носитель (конструктивный элемент , на поверхность которого нанесен TiO2) . Требования к материалу носителя весьма суровые: он не может быть сделан из органических материалов, т.к. под действием ультрафиолета любое органическое вещество разлагается, он должен пропускать ультрафиолет, а значит должен быть прозрачен, и наконец, он должен иметь при малых собственных размерах огромную поверхность для контакта катализатора и воздуха. Мы умеем делать такие носители, получая по собственной запатентованной технологии пластины или трубки из спеченных кварцевых шариков диаметром 1 мм.

кварцевые шарики
диаметром 1 мм.

Принципиальные схемы работы приборов TIOKRAFT

  • 1

    Фильтр предварительной очистки – удаляет крупнодисперсную пыль
    из очищаемого воздуха.

  • 2

    Вентилятор – обеспечивает протекание очищаемого воздуха через прибор.

  • 3-4

    Электростатический фильтр, - задерживает мельчайшие аэрозольные частицы, бактерии, вирусы и споры плесени.

  • 5-6

    Фотокаталитический фильтр – минерализует органические молекулярные примеси, в основном, до углекислого газа и воды. Состоит из УФ-ламп, работающих в «мягком» диапазоне излучения (320-405 нм) и фотокаталитических элементов на неорганической основе.

  • 7

    Угольно-каталитический фильтр – предотвращает проскок вредных веществ за счет их адсорбции на поверхности угольного адсорбента. Технология совместной работы адсорбционного и фотокаталитического фильтров позволяет сделать адсорбент регенерируемым с увелечением его срока службы до 10 раз.

  • 8

    Блок очистки от угарного газа – содержит Pt/Pd катализатор на нанокристаллическом носителе. Помимо угарного газа удаляет из воздуха низкомолекулярные органические соединения (Опция).

  • 9

    Блок питания и сигнализация – включает в себя сенсорную систему автоматического управления (только для VR400A), задающую режим работы воздухоочистителя в зависимости от уровня концентрации молекулярных органических загрязнений в очищаемом воздухе.