Фотокатализ

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Фотокатализускорение химической реакции, обусловленное совместным действием катализатора и облучения светом. При фотогенерируемом катализе фотокаталитическая активность зависит от способности катализатора создавать пары электрон-дырка, которые генерируют свободные радикалы, способные вступать во вторичные реакции.

Термин Фотокатализ образован из двух греческих слов - "катализ" (разрушение) и "фотос" (свет). Использование катализа людьми известно с древних времен, например, для изготовления вина и уксуса. Процесс фотокатализа представляет собой ускорение химических реакций под действием света в присутствии (обычно - на поверхности) фотокатализаторов - веществ, поглощающих кванты света и многократно вступая с участниками химической реакции в промежуточные взаимодействия, восстанавливая cвой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий[1].

Примеры[править | править вики-текст]

  • Процесс природного фотосинтеза H_{2}O+CO_{2}+h \nu = (CH_{2}O)+O_{2}. Хлорофилл выступает в роли фотокатализатора[1].
  • Российская технология применения фотокатализа - очистка и обеззараживание воздуха, впервые была применена по заказу Министерства обороны для обезвреживания воздуха камер, в которых деактивируются боевые отравляющие вещества.[2]
  • Очистка и обеззараживание воздуха методом фотокатализа[3]. Фотокатализатор из диоксида титана нанесен на поверхность воздухопропускающего носителя катализатора посредством нанонапыления (обычно используется химическое волокно), либо термической обработки, ставшей доступной при использовании в качестве носителя катализатора пористое стекло. Под действием фотокатализа органические соединения, летучие химические вещества, запахи, вирусы и бактерии, формальдегид, ацетальдегид и другие могут разлагаться до безопасных молекул воды (H2O) и углекислого газа (CO2)[4].
  • Исследования воздействия фотокатализа на организм человека. Решение проблем традиционных бактерицидных "кварцевых" ламп путем замены на необслуживаемые фотокаталитические. Ртутные ультрафиолетовые облучатели могут использоваться только при условии отсутствия людей в помещениях - жесткое УФ-излучение (диапазонов B и C, губительных для бактерий) является опасным для организма человека, кроме того при работе таких ламп происходит неконтролируемое выделение озона, а сам фотокатализ при таком диапазоне ультрафиолета может вызывать появление генотоксических хинонов при разложении бисфенола А, в больших количествах содержащегося в пластиковой посуде. Кроме того, в помещении при работе УФ-B и УФ-C не могут находится люди. Однако, при изменении диапазона излучения на УФ-А, данное вещество (бюсфенол А) не изменяет своей физической структуры, оставаясь твердым телом.[5] Промышленное производство приборов очистки воздуха для безопасной эксплуатации в присутствии людей с использованием безопасного УФ-диапазона А в России началось в 2000 году.
  • Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии. Гетерогенные, гомогенные и молекулярные структурно-организованные системы : сборник научных трудов [6][7].
  • Расщепление воды на кислород и водород. Интерес к дешевым способам получения свободного водорода растет с ростом экономики и заботой об экологии - новые экологически-чистые виды транспорта в числе прочих, имеют и водородный двигатель.[8]. Эффективный фотокатализатор в ультрафиолетовом диапазоне на основе оксида тантала — NaTaO3 с сокатализатором из оксида никеля. Поверхность кристаллов оксида тантала покрыта бороздами с шагом 3—15 нм методами нанотехнологии. Частицы NiO, на которых выделяется газообразный водород, размещены на краях борозд, газообразный кислород выделяется из борозд.[9]
  • Японская технология применения фотокатализа - самоочищающиеся стены, крыши, зеркала[10].
  • [11]http://japanprize.jp/en/prize_prof_2004_fujishima.html
  • Titanium dioxide photocatalisys. Akira Fujishima, Tata N. Rao, Donald Tryk. Department of Applied Chemistry, School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan. Accepted 10 March 2000. // Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 1 (2000) 1–21.
  • Окисление органических загрязнителей с использованием магнитных частиц, покрытых наночастицами диоксида титана и активированных магнитным полем под воздействием ультрафиолета[12].
  • Использование оксида тантала в самоочищающихся покрытиях. Свободные радикалы[13],генерируемые на Ta5Oх окисляют органические соединения.[14]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Балашев К.П. Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии, Соросовский образовательный журнал, 1998, №8
  2. О применимости фотокатализа для разрушения боевых отравляющих веществ.
  3. Фотокаталитическая очистка воздуха. Евгений Николаевич Савинов, доктор химических наук, профессор кафедры физической химии Новосибирского государственного университета, зав. группой фотокатализа на полупроводниках. Институт катализа СО РАН, 1997.
  4. Carp, O.; Huisman, C.L.; Reller, A. Photoinduced reactivity of titanium dioxide. Progress in Solid State Chemistry 2004, 32(2004), 33-177.
  5. Образование генотоксических хинонов при облучении бисфенола-А УФ-излучением диапазона "С" 254нм..
  6. Акад. наук СССР, Сиб. отд-ние, Ин-т катализа ; отв. ред. К. И. Замараев, В. Н. Пармон
  7. Детали экземпляра | Электронный каталог
  8. Стратегия развития фотокатализаторов в диапазоне видимого света для разложения воды - Akihiko Kudo, Hideki Kato1 and Issei Tsuji Chemistry Letters Vol. 33 (2004) , No. 12 p.1534
  9. Расщепление воды методом фотокатализа. Получение свободного водорода.
  10. Photocatalysis Applications of Titanium Dioxide Ti02 - TitaniumArt.com
  11. Акиро Фуджисима. Пионер в области исследования фотокатализа.
  12. Kostedt, W. L., IV.; Drwiega, J; Mazyck, D. W.; Lee, S.-W.; Sigmund, W.; Wu, C.-Y.; Chadik, P. Магнитно-активированный фотокаталитический реактор для фотокаталитического окисления водных фаз органических загрязнителей. Environmental Science & Technology 2005, 39(20), 8052-8056.
  13. Snapcat фотокаталитическое окисление с диоксидом титана (2005). CaluTech UV Air. Проверено 5 декабря 2006. Архивировано из первоисточника 21 февраля 2012.
  14. Исследования по очистке поверхностей с помощью фотокатализа.
  • Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ. – 1999., СПб.:Изд. С.-Петерб. ун-та. – 304 с.

Ссылки[править | править вики-текст]