محدودیت‌ها و کاربردهای کاشی های فتوکاتالیست

محدودیت‌ها و کاربردهای کاشی‌های فتوکاتالیست
قطعاً شما تمایل دارید که سطح کاشی‌های مورد استفاده در منازل و یا محیط کار و حتی بیمارستان‌ها تمیز باشد. اما می‌دانید که فرآیند تمیز کردن سطح کاشی‌ها، علاوه بر سخت بودن، بسیار زمان‌بر و پرهزینه بوده و باید با استفاده از محلول‌های شیمیایی ضدعفونی و پاک‌کننده این کار صورت گیرد. حتماً تجربه استفاده از وایتکس، انواع جرم‌گیر و محصولات مشابه برای زدودن ذرات آلوده سطح کاشی‌ها را داشته‌اید و دیده‌اید که استفاده از این مواد برای سیستم تنفسی بدن نیز خطرناک است. خدا نکند که اشتباهاً دو ماده واکنش دهنده از محصولات جرم‌گیر را با هم مخلوط کرده باشید و گاز متصاعد شده از آن را تنفس کرده باشید. آیا راه‌حل دیگری در این میان وجود دارد؟ یکی از راه‌حل‌های موجود که امروزه محققین و صنعتگران برای رفع این مشکل به آن روی آورده‌اند استفاده از کاشی‌های فتوکاتالیست است. کاشی‌های فتوکاتالیست در حقیقت کاشی‌های ضدمیکروب، خودتمیزکننده و تجزیه‌کننده آلودگی سطح کاشی با استفاده اندکی از نور خورشید، اکسیژن و مقداری رطوبت محیط هستند. نتیجه کار محیط تمیزتر، سطح بدون آلودگی و هزینه کم‌تر نظافت است.

تعریف کاشی‌های فتوکاتلیست
در ابتدا بد نیست که کمی به دانشی که پشت این قضیه وجود دارد نیم نگاهی نموده باشیم. تعریف پدیده "فتوکاتالیست" بدین ترتیب است که فلز نیمه‌هادی رادیکال‌های آزاد را با کمک آب موجود در محیط، اکسیژن هوا و نور ماورا بنفش خورشید باردار نموده بدون اینکه خود فلز آسیب ببیند. این رادیکال‌های آزاد باردار به عنوان یک عامل محرک بیولوژیکی و شیمیایی عمل می‌نمایند. مواد زیادی هستند که خاصیت فتوکاتالیستی دارند. دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان یکی از اصلی‌ترین مواد مناسب برای استفاده در فرآیند فتوکاتالیست شناخته شده است. دی‌اکسید تیتانیوم یا TiO2 در سه شکل کریستالی در طبیعت وجود دارد و از این میان ساختار "آناتاز" به عنوان یکی از موثرترین مواد فتوکاتالیست زیر نور ماورا بنفش عمل می‌نماید. بعد از اینکه در دهه 1970 این خاصیت شناخته شد TiO2 به عنوان عامل واکنش فتوکاتالیست مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. کاشی‌های سرامیکی با لایه‌ای نازک از دی‌اکسید تیتانیوم در سطح‌‌شان امروزه در بازار با خاصیت بی‌نظیر و یکتای خودتمیزشوندگی شناخته شده‌اند.

خصوصیات کاشی‌های فتوکاتالیست
یکی از خصوصیات مهم TiO2 به عنوان ماده فتوکاتالیست این است که این ماده برای انسان سمی نمی‌باشد و قدرت اکسیدکنندگی بالای این ماده در هنگامی که در مواجهه با نور ماورا بنفش که با طول موج کم‌تر از 385 نانومتر است قرار می‌گیرد بسیار حائز اهمیت است. با رادیکال‌های هیدروکسیل و یون‌های سوپراکسید، فتوکاتالیست‌های TiO2 می‌توانند مواد ارگانیک را با استفاده از واکنش‌های اکسیداسیون متوالی به دی‌اکسیدکربن تبدیل نمایند. TiO2 هم‌چنین خاصیت ترکنندگی سطح را به وسیله افزایش زاویه بین آب و پوشش TiO2 بهبود می‌بخشد. این خاصیت دی‌اکسید تیتانیوم و سایر مواد فتوکاتالیست می‌تواند سه مزیت برای این مواد ایجاد نماید:

نقش ضد میکروبی کاشی فتوکاتالیست
بسیاری از میکروارگانیسم‌ها شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و ... می‌تواند توسط این پوشش از بین بروند. پوشش دیواره سلولی این موجودات، به وسیله فتوکاتالیست‌ها تجزیه شده و در نتیجه میکروارگانسیم مذکور کشته می‌شود‌ و سپس خاصیت ترکنندگی سطح باعث می‌شود که ترکیبات باقی مانده در سطح نیز شسته شوند.

رفع بوی بد توسط رادیکالهای آزاد
رادیکال‌های آزاد این قابلیت را دارند که ترکیبات بخار شدنی ارگانیک روی سطح را که منجر به ایجاد بوی بد می‌شوند را با شکستن پیوندهای مولکولی بین‌‌شان از بین ببرد. برخی از ترکیبات بدبو نظیر فرمالدیید، بنزن و تعداد زیادی از هیدروکربن‌های دیگر شامل این موضوع می‌شود. هم‌چنین فتوکاتالیست‌ها، عناصر آلوده‌کننده ارگانیک را نیز از بین می‌برند.

تصفیه هوا
مواد فتوکاتالیست هم‌چنین باعث ایجاد خلوص در هوا، با از بین بردن مواد سمی موجود در هوا از قبیل ترکیبات اکسید نیتروژن (NOx) می‌شود. NOx منجر به ایجاد بیماری‌های فراوان تنفسی در انسان می‌‌شود و هم‌چنین به همراه اکسید سولفور که سمی است با باران‌های اسیدی می‌توانند به محیط زیست نیز آسیب برسانند.

کاربرد کاشی‌های فتوکاتالیست
خاصیت خودتمیزکنندگی کاشی‌های فتوکاتالیست منجر به استفاده از این کاشی‌ها در محیط‌های مختلفی هم‌چون آشپزخانه، بیمارستان‌ها، ساختمان‌های شهری و ... می‌گردد. علاوه بر مزیت‌های سه‌گانه گفته شده استفاده از کاشی‌های فتوکاتالیست منجر به کاهش استفاده از مواد شیمیایی و بهداشتی شده که باعث کاهش آلودگی محیط زیست و در نتیجه ایجاد نشدن مواد آلی و غیرآلی آلوده کننده برای تولید این مواد خواهد شد. این کاشی‌ها برای مناطق آلوده شهری بسیار مناسب هستند. با نصب این کاشی‌ها در محیط بیرونی ساختمان علاوه بر جلوه زیبای سطحی، محیط زیست از نظر گازهای سمی تصفیه شده و هم‌چنین نمای بیرون ساختمان همواره تمیز باقی می‌ماند.

محدویت‌های TiO2 در کاشی فتوکاتالیست
عملکرد صحیح اکسید تیتانیوم وابسته به همسانی لایه TiO2 در سطح کاشی دارد و اگر بین لایه‌های TiO2 فاصله نباشد عملکرد این لایه بسیار بهتر خواهد شد. این لایه در تمامی محدوده‌های دمایی کاربرد دارد اما در دماهای زیر 10 درجه سانتیگراد فعالیت آن کم‌تر ملموس است. هم‌چنین در محیط‌های بسیار خشک نیز این فاکتور که نیاز به رطوبت محیط دارد فعالیت‌ کم‌تری خواهد داشت. بنابراین در روزهای خشک و سرد فعالیت فتوکاتالیستی محدود خواهد شد. باران می‌تواند به فعالیت بهتر سیستم کمک کند و فقدان باران در محیط از تمیزشدن سطح می‌کاهد. با توجه به اینکه خاصیت فتوکاتالیستی به‌طور خود بخود از بین نمی‌رود، بنابراین شاهد از بین رفتن خودبخودی این خاصیت در سطح کاشی نیستیم اما فعالیت آن مجدداً با شستشوی عناصری که منجر به محدودیت کارکرد این خاصیت می‌شود برقرار می‌گردد.
امروزه آزمایشات زیادی برای افزایش خاصیت فتوکاتالیستی با استفاده از فعالیت مواد نیمه هادی برای افزایش خاصیت آنتی باکتریالی کاشی‌ها در تمامی دنیا در حال انجام است و در آینده قطعاً شاهد نوآوری‌های بیشتری در این خصوص خواهیم بود.

منبع : http://tileworld.blogfa.com