ABSTRACT
Proseguo la riflessione/ricerca iniziata lo scorso anno, sulla spinta della pandemia da Covid-19, sulle proprietà sanificanti/sterilizzanti dei campi elettromagnetici nello spettro del visibile, ed in particolare della luce che ci proviene dalla nostra stella, il Sole. (cfr: viewtopic.php?f=11&t=20302 ).
Credo infatti che sia diritto/dovere a chi - professionalmente e per passione - si dedichi all'osservazione della luce che ci proviene dall'alto (di notte e di giorno), approfondire, riflettere, sperimentare e diffondere conoscenza sulle proprietà di quella particolare manifestazione fenomenica energetica, sia naturale che "artificiale", che comunemente chiamiamo "luce", ed a cui siamo abituati senza renderci conto di quanto profondamente influisca sulla vita di ciascuno di noi (immaginatevi una vita completamente al "buio"....).
In questo post voglio iniziare a discutere con voi della cd "FOTOCATALISI.
In particolare, sulla scorta di esperienze già pubblicate (vedi le "Consultazioni"), evidenziare il contributo che la fotocatalisi può apportare alla sanificazione ambientale dei luoghi di vita, così necessario e cruciale durante e dopo la pandemia da Covid-19, ai fini della "riapertura" sociale e della conseguente "normale" ripartenza di tutte le attività economiche e culturali.
Effettuare una sanificazione ambientale attraverso la fotocatalisi significa impiegare una delle tecnologie più promettenti ad oggi esistenti per la disinfezione degli ambienti, godendo di numerosi vantaggi rispetto alle altre tecnologie attualmente disponibili.
La sanificazione con fotocatalisi presenta il beneficio di poter trattare in simultanea, con costi relativamente bassi, più agenti inquinanti presenti in uno spazio circoscritto.
La fotocatalisi ossidativa è a basso costo perché non necessita di materiale di consumo, non richiede rigenerazione e inoltre non ha controindicazioni sulla salute di uomini e animali.
Se all’inizio la fotocatalisi fu adottata per il trattamento delle acque, in seguito si è dimostrata in possesso di una forte capacità biocida, divenendo una tra le tecnologie più promettenti ed efficaci per la purificazione dell’aria in tutti gli ambienti indoor.
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Fotocatalisi: come funziona?
La fotocatalisi è un processo fotochimico che si sviluppa normalmente in natura grazie all'azione combinata dei raggi solari (l'intero spettro del visibile, con particolare intensità con gli UV A+B e C) su alcuni metalli nobili, in rapporto all'umidità relativa dell’aria.
L'ossidazione fotocatalitica (PCO - PhotoCatalytic Oxidation) si ottiene attraverso dispositivi in grado di generare lo stesso processo naturale di reazione tra l'irraggiamento solare (flusso luminoso a lunghezza d'onda specifica, dai 440 ai 180nm circa) e alcuni elementi (generalmente metalli nobili).
I dispositivi di fotocatalisi generano Gruppi Ossidrili (OH) ad alto potere sanificante, in grado di combinarsi con l'umidità relativa dell'aria (H2O) dando vita a molecole di Perossido di Idrogeno (H2O2) in grado di distribuirsi nell'ambiente e sulle superfici.
Il Perossido di Idrogeno altro non è che la comune acqua ossigenata, che non viene immessa nell'ambiente tramite saturazione o nebulizzazione, ma è il prodotto di una reazione fotochimica sicura e temporanea.
La Fotocatalisi prevede quindi frequenze UV A+B e C, controllate, Gruppi Ossidrili OH e Perossido di idrogeno che agiscono in modo combinato e sicuro per una sanificazione efficace in grado di ridurre batteri, virus e una vasta gamma di sostanze inquinanti.
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Fotocatalisi: è efficace contro i virus?
La reazione fotochimica che si crea grazie alla fotocatalisi consente di distruggere con un semplice principio attivo del tutto naturale le sostanze inquinanti come batteri, virus, muffe, VOC, NOx e odori.
I Fotocatalizzatori P.C.O. si installano con estrema facilità nei condotti dell'aria di edifici a qualunque destinazione come ospedali, centri commerciali, scuole, industrie, uffici, musei, cinema, palestre, negozi etc.
Mostrano una comprovata efficacia nell'eliminazione di V.O.C. (Volatile Organic Compound), di formaldeide e altri composti organici tossici. Attraverso l'ossidazione fotocatalitica si otterrà una sanificazione dell'aria di grande efficienza sulle cariche batteriche e virali, saranno inoltre eliminati funghi, muffe e lieviti.
Fotocatalisi: confronto tra i fotocatalizzatori attualmente sul mercato
Esistono soluzioni per la sanificazione di ambienti indoor che prevedono fotocatalizzatori differenti tra loro: l'impiego di dispositivi fotocatalizzatori a luce UV-C, quelli con luce visibile o la tinteggiatura con vernici fotocatalitiche.
In particolare quest'ultime, applicando ad oggetti e superfici idonei strati di film ceramico fotocatalitico, sono in grado di neutralizzare le particelle inquinanti presenti nell'ambiente, mediante un processo naturale che induce una modifica/separazione (chimica, biochimica e/o elettroforetica) delle stesse in altre sostanze del tutto neutre e innocue che ne purifica l'aria.
Le vernici fotocatalitiche e le ceramiche fotocatalitiche riducono le sostanze inquinanti sino all'88% e debellano il 99,9% di muffe e batteri.
Tra i veicoli/film ceramici fotocatalizzatori impiegati per la sanificazione ambientale, quello che ha trovato maggiormente impiego ad oggi è il biossido di titanio (TiO2).
Si tratta di una polvere cristallina, di color bianco, largamente utilizza sia nell'industria delle vernici che in quella alimentare: il comune E171, nella codifica europea degli additivi alimentari.
Il TiO2 in natura è presente in cinque forme cristalline diverse: il rutilo, l'anatasio, la brookite e i due polimorfi di altissima pressione (per impatto da meteoriti) akaogiite e TiO2 II, che possono essere colorate a causa di impurità presenti nel cristallo. Il rutilo è la forma più comune: ciascun atomo di titanio è circondato ottaedricamente da sei atomi di ossigeno; l'anatasio ha struttura tetragonale, più allungata rispetto a quella del rutilo, mentre la brookite ha struttura ortorombica.
Il biossido di titanio per il suo alto indice di rifrazione è usato principalmente come pigmento bianco nelle vernici, nelle materie plastiche e nel cemento da costruzione e come opacizzante per le vernici colorate; per tale ragione, viene anche comunemente chiamato "bianco di titanio".
Le vernici fatte con il biossido di titanio sono eccellenti riflettenti della radiazione infrarossa e sono quindi usate estensivamente dagli astronomi. Esso ha sostituito i pigmenti usati precedentemente, quali il bianco di piombo, il solfato di bario e il solfato di calcio. Rispetto ai composti di piombo ha maggiore potere coprente, non è tossico e non annerisce se esposto all'acido solfidrico. È usato anche come carica nelle materie plastiche e nella gomma, come opacizzante nella carta e nelle fibre tessili e nei materiali ceramici per aumentare la resistenza agli acidi.
Il biossido di titanio inoltre è un noto catalizzatore in grado di degradare per ossidazione numerosi composti organici. Sfruttando questa proprietà si possono ottenere materiali che, per mezzo dell'attivazione dalla luce solare, siano in grado di distruggere i composti organici depositati su di essi. Questa proprietà potrebbe potenzialmente portare allo sviluppo di una nuova classe di materiali dotati di proprietà autopulenti e disinquinanti. Il biossido di titanio nella forma anatasio è già in uso come degradante di sostanze tossico-inquinanti in un centro in Spagna. Esposte, infatti, alla luce le molecole del biossido di titanio catalizzano l'ossidazione di residui organici (sporcizia, depositi dell'inquinamento e microorganismi di vario genere) in acqua e diossido di carbonio. Alcune ricerche dimostrano che catalizzatori prodotti col biossido di titanio permetterebbero l'estrazione di idrogeno da una soluzione acquosa, se sottoposta a luce solare; ne risulterebbe un metodo estremamente economico ed ecologico per una futura economia all'idrogeno.
Il biossido di titanio è poi utilizzato nella cosmesi come colorante, identificato dal Color Index: CI77891, e come filtro solare identificato dall'INCI: TITANIUM DIOXIDE.[5] In quest'ultima applicazione viene utilizzato anche in forma nano, cioè con particelle o aggregati di particelle con almeno una dimensione inferiore a 100 nm. Le particelle nanometriche di biossido di titanio hanno la proprietà di filtrare la luce solare, assorbendo prevalentemente la componente UV della radiazione proveniente dal sole e risultando trasparenti alla luce visibile. Tuttora sono in corso ricerche e dibattiti circa la possibilità che le polveri del biossido di titanio possano penetrare anche attraverso la cute sana, entrando nel circolo sanguigno. Questo genere di ricerche sono state sviluppate soprattutto di recente, a seguito dell'approfondimento scientifico sulle cosiddette nanopatologie, cioè le malattie che vengono causate dall'esposizione e successiva persistenza nell'organismo animale (quindi anche umano) di particelle inorganiche piccolissime tanto da non poter essere eliminate, e potenzialmente in grado di provocare processi infiammatori tali da poter degenerare, talvolta, in neoplasie.
Il Comitato scientifico per la sicurezza dei consumatori ha valutato questi rischi, considerando sicuro l'utilizzo del biossido di titanio in forma nano come filtro solare introducendo però restrizioni sulla forma anatasio in nanodimensioni che non dovrà superare il 5% .[6]
Per la stessa fotoreattività che lo rende utilizzabile nella depurazione delle acque, il suo utilizzo come filtro solare nelle zone balneari è fonte di preoccupazione per i potenziali danni che può arrecare al sistema marino.[7]
L'International Agency for Research on Cancer ha classificato il biossido di titanio come possibile cancerogeno per gli umani, classe 2b, se inalato.[8]
Sfruttando la superidrofilicità del biossido di titanio, si stanno sperimentando alcuni vetri (e in particolari specchietti retrovisori) trattati con una "pellicola" di TiO2, che eliminerebbe il problema della rifrazione delle immagini a causa della goccia.
Come additivo alimentare (colorante) è identificato dalla sigla E 171, e la sua «innocuità sul potenziale cancerogeno non è ancora stata stabilita». Tuttavia, la dose giornaliera accettabile ufficialmente stabilita è attualmente «senza limiti» per JECFA e «non quantificabile» (in mancanza di NOEL) per SCF.[9]
Per il prossimo futuro ci sono state delle sperimentazioni come alla Monash University di Victoria in Australia per vestiti autopulenti in particolari fibre che tramite nanoparticelle in biossido di titanio, che si sono rivelate degli ottimi fotocatalizzatori pulendo gli indumenti dallo sporco e da agenti patogeni.[10]
Nell'ambito dei regolamenti dell'Unione europea a fine maggio 2016 è stata ufficialmente attivata la procedura di “Proposta di classificazione ed etichettatura relativa al processo di armonizzazione” per il biossido di titanio come cancerogeno 1B con frase d'azzardo H350i. La proposta avviata dalla Agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation, de l'environnement et du travail francese nel 2014 potrebbe dopo 18 mesi di consultazione (novembre 2017) comportare l'adozione di restrizioni specifiche nell'utilizzo del biossido di titanio, specie in forma nano.[11]
Il l biossido di titanio (TIO2), in particolare, per quello che qui c'interessa, possiede una straordinaria proprietà: é in grado di attivarsi quando viene irraggiato con luce solare.
Ciò, dal punto ingegneristico e realizzativo, finora è apparso come un handicap. Ma è stata superata adoperando catalizzatori studiati per essere sensibili a specifiche frequenze luminose a 440nm (centrobanda dello spettro luminoso visibile e picco principale della lunghezza d’onda del flusso d’irraggiamento emesso dalle stelle definite “nane gialle” (classe spettrale G2 V), come il nostro Sole.
Una frequenza facilmente riproducibile artificialmente, in modo economico e su larga scala, e per il quale il know-how industriale è già ampiamente sviluppato e sedimentato in tutti i paesi del mondo, sia "avanzati" che "emergenti".
La sanificazione ambientale che impiega il biossido di titanio (TiO2) come elemento principale è stata utilizzata anche dalla NASA per alcune missioni aerospaziali: in luoghi di piccole dimensioni, ove la sanificazione degli ambienti da batteri, virus, muffe costituiscono un must ineludibile per la sicurezza e l'incolumità dell'equipaggio.
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Consultazioni:
https://tg24.sky.it/salute-e-benessere/ ... uce-solare
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epd ... /php.13293
https://www.news.ucsb.edu/2021/020226/s ... k-sunlight
https://academic.oup.com/jid/advance-ar ... 70/6129304