Επιχρίσματα με προσμίξεις ενισχυμένων νανοσωματιδίων TiO2 με Fe

Abstract

Η θέσπιση νέων αυστηρότερων νομοθετικών πλαισίων με στόχο την προστασία του περιβάλλοντος οδήγησε στην ανάπτυξη αποτελεσματικών μεθόδων περιβαλλοντικής αποκατάστασης για τη διάσπαση ρύπων στον αέρα και το νερό. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν η μελέτη και εφαρμογή των τεχνολογιών της κατάλυσης υπό την επίδραση ακτινοβολίας, γνωστή με τον όρο φωτοκατάλυση, λόγω των πλεονεκτημάτων που οι μέθοδοι αυτές προσφέρουν σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους απορρύπανσης. Πέραν όμως του περιβαλλοντικού οφέλους, υποστηρίζεται ότι η χρήση φωτοκαταλυτικά ενεργών δομικών και οικοδομικών υλικών έχει και αισθητικό όφελος. Είναι γεγονός ότι τα κτήρια, τα μνημεία και οποιαδήποτε κατασκευή με το πέρασμα του χρόνου και εξαιτίας της ατμοσφαιρικής ρύπανσης τείνουν να χάσουν το αρχικό τους χρώμα αποκτώντας μια πιο σκούρα απόχρωση, λόγω προσρόφησης αιωρούμενων σωματιδίων και άλλων ρύπων στην επιφάνειά τους. Η ανάπτυξη δομικών, οικοδομικών και άλλων υλικών διοξειδίου του τιτανίου αποτελεί έναν εναλλακτικό τρόπο πρόληψης και αντιμετώπισης του φαινομένου αυτού καθώς, χάρη στις υπερυδρόφιλες ιδιότητες του ημιαγωγού τα υλικά μπορούν να αποκτήσουν ιδιότητες αυτοκαθαρισμού, επιτρέποντας έτσι τη διατήρηση του αρχικού χρώματος των επιφανειών και συμβάλλοντας στη μείωση των δαπανών συντήρησης. Τα τελευταία χρόνια γίνεται μια σημαντική προσπάθεια εξέλιξης του φωτοκαταλυτικού συστήματος ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά και το ορατό τμήμα της ακτινοβολίας, εγχείρημα θεμελιώδους σημασίας για την ενσωμάτωση των υλικών αυτών σε πρακτικές εφαρμογές. Το γεγονός αυτό όπως επίσης και η παρεμπόδιση των παραγόμενων ηλεκτρονίων να επανασυνδεθούν με τις οπές, εξαρτάται από τη φύση της φωτοκαταλυτικής αντίδρασης και τα επιφανειακά χαρακτηριστικά των σωματιδίων του TiO2. Η τροποποίηση της επιφάνειας του TiO2 μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη φωτοκαταλυτική ενεργότητα, εμποδίζοντας την αντίδραση της επανασύνδεσης και αυξάνοντας την απόκριση του υλικού προς το ορατό τμήμα της ακτινοβολίας. Η τροποποίηση αυτή μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Στην παρούσα ερευνητική με θέμα: «Επιχρίσματα με προσμίξεις ενισχυμένων νανοσωματιδίων TiO2 με Fe» το ενδιαφέρον εστιάστηκε στη δυνατότητα που προσφέρει η φωτοκαταλυτική τεχνολογία για την αποτελεσματική αντιμετώπιση της αέριας ρύπανσης καθώς και της προστασίας των κτηρίων και μνημείων στο πέρασμα του χρόνου από την ατμοσφαιρική ρύπανση. Αξιοποιώντας τη νανοτεχνολογία, στα πλαίσια της παρούσας ερευνητικής το ενδιαφέρον επικεντρώθηκε στα ακόλουθα: α) Σύνθεση δομών ενισχυμένης νανοτιτανίας με Fe με στόχο την επέκταση της φωτοκαταλυτικής τους δράσης στο φάσμα της ορατής ακτινοβολίας. β) Τη μελέτη της ικανότητας των νανοσωματιδίων αυτών να καταστρέφουν ρύπους. Συγκεκριμένα ως αναφορά χρησιμοποιήθηκε η οργανική χρωστική πορτοκαλί του εθυλίου (Methyl Orange), οξειδώνοντάς την με φωτοκαταλυτική διεργασία στο φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας. γ) Σύνθεση επιχρισμάτων CaCO3 με προσμίξεις ενισχυμένης νανοτιτανίας με Fe. δ) Μελέτη ενανθράκωσης επιχρισμάτων με υδράσβεστο με προσμίξεις ενισχυμένης νανοτιτανίας με Fe. Επίσης εξετάστηκαν και νανοδομές του τιτανίου με άλλα μέταλλα όπως V και Mg. Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα της παρούσας μελέτης απέδειξαν ότι μικρές συγκεντρώσεις Fe στη νανοτιτανία μπορούν να βελτιώσουν τη φωτοκαταλυτική δράση της στο φάσμα της ορατής ακτινοβολίας. Ακόμα, η προσθήκη νανοσωματιδίων TiO2 και νανοσωματιδίων TiO2 με Fe συμβάλουν στην επιτάχυνση της αντίδραση της ενανθράκωσης στα ασβεστιτικά επιχρίσματα. Οι μοναδικές ιδιότητες του διοξειδίου του τιτανίου με Fe σε συνδυασμό με τις εξαίρετες δυνατότητες που μπορεί να έχει η ενσωμάτωσή του σε επιχρίσματα, αποτελούν καινοτομία στον τομέα της αποκατάστασης και της προστασίας μνημείων και κτιρίων, καθώς επίσης βελτιώνουν την ποιότητα του αέρα τόσο στο εσωτερικό, όσο και στο εξωτερικό περιβάλλον. Ωστόσο οι προοπτικές έρευνας ανάπτυξης είναι απεριόριστες. Η ενασχόληση με το αντικείμενο παραμένει ενεργή ώστε να εξελιχθεί η φωτοκαταλυτική τεχνολογία και να εισαχθεί σε εφαρμογές στην καθημερινή πραγματικότητα.