Celosvětové znečištění vody, způsobené chemickými látkami pocházejícími z lidské činnosti, je rok od roku vážnější. Tak např. k pesticidům či insekticidům přibyly v posledních letech farmaceutické výrobky, zejména trimethoprim a klarithromycin, užívané proti zánětům močových cest, resp. zápalu plic. Naštěstí lze podobné látky účinně odbourávat pomocí fotokatalytické reakce na povrchu krystalů oxidu titaničitého (TiO2).
V naší laboratoři jsme připravili vysoce krystalické porézní vrstvy TiO2 nově vyvinutou metodou kvantitativní elektroforetické depozice. Tato metoda umožňuje během několika minut nanést nanokrystaly TiO2 na vodivou podložku (např. plech či vodivé sklo) bez použití jakýchkoliv aditiv či povrchově aktivních látek. Protože takto připravené vrstvy vykazují vysokou čistotu a dostatečnou adhezi k podložce, odpadá náročné dočišťování či zpevňování sintrováním při vysokých teplotách.
Fotokatalytická aktivita těchto vrstev byla testována v degradaci chlorovaných fenolů, jež jsou významnými polutanty, i několika vybraných antibiotik. Na rozdíl od mnoha příbuzných prací, v nichž byl sledován pouze pokles koncentrace vybrané organické látky bez ohledu na vznikající produkty, jež jsou mnohdy stejně či dokonce ještě toxičtější, bylo naším cílem dosáhnout maximální mineralizace, čili degradace organických molekul na oxid uhličitý, vodu a případně stopy solí či kyselin. Na nejúčinnějších vrstvách nanokrystalů anatasové formy oxidu titaničitého bylo dosaženo téměř úplné mineralizace, jíž odpovídá zelená dominující výseč na obrázku výše.
Tato vysoká účinnost souvisí s mechanismem fotokatalytické reakce na anatasových nanočásticích. Díky absorpci kvant ultrafialového záření se tvoří velké množství vysoce reaktivních radikálů, které napadají a účinně degradují molekuly chlorovaných fenolů. Na rutilu, jenž je méně aktivní formou oxidu titaničitého, vyžaduje dominující mechanismus adsorpci molekul polutantu na povrchu částic, což výrazně zpomaluje degradační proces.
Celý článek je volně dostupný zde: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.01.035
Autoři: Radek Žouželka, Libor Brabec a Jiří Rathouský