Эффективность и применение фотокаталитической дезинфекции

Авторы исследования:

Джоан Гамэйдж и Зишенг Чжан

(Департамент химической и биологической инженерии, Университет Оттавы)

Луи Пастер

(Оттава, Онтарио, Канада)

ИСТОРИЯ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОГО МЕТОДА

Фотокатализ – это изменение скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии веществ (фотокатализаторов), которые поглощают кванты света и участвуют в химических превращениях участников реакции, многократно вступая с ними в промежуточные взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий.

Эффект фотокатализа – минерализации газообразных загрязнений на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового излучения – открыт еще в 20-е годы прошлого века.

1970 г.

Япония

Работы А. Фуджишима (Akira Fujishim) способствовали проявлению интереса к фотокатализу, которые открыли путь для широкого применения диоксида титана при конверсии солнечной энергии.

С этого момента разработано большое количество разнообразных фотокатализаторов.

ФОТОКАТАЛИЗ

Инактивация бактерий имеет сегодня особое значение, потому что традиционные методы дезинфекции, такие как хлорирование, являются химически агрессивными и имеют множество недостатков.

При очистке воды хлор, используемый для дезинфекции, может вступать в реакцию с органическим материалом с образованием хлорорганических соединений, обладающих высокой канцерогенностью.

Известно, что некоторые патогены, такие как вирусы, некоторые бактерии, такие как Legionella, и простейшие, такие как цисты Cryptosporidium и Giardia lamblia, устойчивы к дезинфекции хлором и другими альтернативными методами

Применение фотокаталитических процессов широко признано в качестве эффективных решений экологических проблем

Механизм бактерицидного действия фотокатализа TiO₂ заключается в повреждении клеточной мембраны и дальнейшей окислительной атаки внутренних клеточных компонентов, что в конечном итоге приводит к гибели клетки.

1970 г.

Япония

Такехиро Мацунага (Takehiro Matsunaga) открыл миру бактерицидные способности TiO₂

С тех пор написаны сотни научных работ по теме фотокатализа, которые доказывают, что процесс TiO₂ под воздействием УФ-излучения успешно инактивирует многие микроорганизмы, включая такие бактерии, как E.coli, L. acidophilus, Serratia domonas stutzeri, Bacillus pumilus, Streptococcus mutans, дрожжи, такие как S. cerevisiae.

TiO₂

Полупроводник, обычно используемый в фотокаталитических процессах

Химически неагрессивен

Нетоксичен

Может быть многократно использован

(без существенной потери эффективности)

ГЕТЕРОГЕННЫЙ ФОТОКАТАЛИЗ

с использованием
диоксида TiO₂

Эффективный

Безопасный

Экологичный

Фотокаталитический процесс активно применяется для удаления органических загрязнителей в газообразной фазе,

что имеет большое влияние для контроля уровня загрязнения в помещениях, таких как жилые дома, офисные здания, заводы, самолеты и космические корабли.

ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ ДЕЗИНФЕКЦИЯ ВОЗДУХА

Стерилизация воздуха в помещениях имеет ключевое значение для предотвращения инфицирования людей.

Биоаэрозоли являются основной причиной загрязнения воздуха в помещениях, и более 60 видов бактерий, вирусов и грибков зарегистрированы как инфекционные возбудители, содержащиеся в воздухе.

Традиционные технологии для очистки воздуха в помещениях, такие как угольные фильтры, HEPA-фильтры, озонирование, ионизация воздуха отлично справляются с очисткой воздуха, однако ни одна из этих технологий не является полностью эффективной против бактерий и вирусов.

К заболеваниям, передаваемым через биоаэрозоли, принято относить – туберкулез, грипп, простуду, эпидемический паротит, корь, краснуха, оспу, аспергиллез, пневмонию, менингит, дифтерию, скарлатину, также новый вирус SARS-Cov-2

СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ КАНАЛОВ

В новаторской работе Госвами для исследования дезинфекции воздуха в помещении с помощью фотокатализа была разработана

система рециркуляционных каналов

для инактивации биологических примесей в воздухе фотокаталитическим методом.

Эксперименты с использованием бактерий рода Serratia Marcescens в воздухе достигли 100%-го разрушения микроорганизмов в рециркуляционной петле за 600 минут, в более поздних экспериментах время было сокращено до менее 3 минут.

ПОЛЕЗНОСТЬ

Фотокаталитический метод помогает в борьбе с кишечной палочкой, плесневыми грибами, птичьим гриппом, вирусом атипичной пневмонии и др.

Фотокаталитическое окисление также может инактивировать инфекционные микроорганизмы, которые могут быть воздушным биотеррористическим оружием, такие как Bacillus anthracis (Anthrax) – сибирская язва.

Фотокаталитические пленки на различных подложках могут использоваться для «самообеззараживания» поверхностей и материалов, используемых для медицинских имплантатов, а также хирургических инструментов и поверхностей в лабораторных и больничных условиях, и оборудования в фармацевтической и пищевой промышленности.

2003 г.

Фотокаталитическая система была исследована и применена Найтом, чтобы уменьшить распространение тяжелого острого респираторного синдрома (ТОРС) – атипичная пневмония (SARS)

2007 г.

Было показано, что вирус птичьего гриппа A/H5N2 инактивируется из газовой фазы с использованием фотокаталитической системы очистки

Фотокаталитический метод – это универсальный и эффективный процесс дезинфекции, способный инактивировать широкий спектр вредных микроорганизмов в различных средах.

Это безопасный, нетоксичный и относительно недорогой метод дезинфекции, адаптивность которого позволяет использовать его во многих целях.

Фотокаталитическая дезинфекция – это не только технология замены традиционных методов, но и новый подход к решению других задач дезинфекции, таких как борьба с угрозами биотеррора.

ЭФФЕКТИВНАЯ СТЕРИЛИЗАЦИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ВАШЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ЛЮБОМ МЕСТЕ И В ЛЮБОЕ ВРЕМЯ

Компания REMEZair предлагает ОЧИСТИТЕЛИ+ОБЕЗЗАРАЖИВАТЕЛИ воздуха, основанные на фотокаталитическом методе очистки воздуха при воздействии ультрафиолетового излучения.

Приборы являются эффективными, не только для очистки воздуха, но и для его дезинфекции – бактерицидная эффективность 99,9%.