Katalizator od grafena i titanija kao osnova za beton koji guta smog

Materijal se može nanositi na površine poput ulica, nogostupa ili vanjskih površina zidova zgrada te se na taj način može pasivno čistiti zrak.

Tim inženjera kombinirao je grafen i nanočestice titanijeva dioksida kako bi proizveo novi katalizator čije djelovanje aktivira solarna energija i koji može uklanjati onečišćivala iz zraka puno učinkovitije nego druge vrste katalizatora. Ovaj bi se katalizator mogao nanositi na zgrade ili površine cesta kako bi se poboljšala kvaliteta zraka u gradovima.

Dok je ugljikov dioksid najzastupljeniji u medijskim naslovima o onečišćenju atmosfere, daleko je od toga da je on jedina štetna tvar u atmosferi. Dušikovi oksidi (NOx) i hlapljive organske tvari ispuštaju se iz auspuha vozila i industrijskih procesa što doprinosi količini smoga i šteti ljudskom zdravlju.

U posljednjih nekoliko godina istraživači su eksperimentirali s upotrebom nanočestica titanijevog dioksida kako bi uklanjali ovu vrstu onečišćivala iz zraka. Takve nanočestice djeluju kao fotokatalizatori, što znači da jednom kada ih aktivira sunčeva svjetlost počinje razgradnja onečišćivala. Ove se tvari primjenjuju u proizvodnji betona koji pročišćava zrak, aluminijskih građevinskih panela i filtara za vodu.

Pokazalo se da površine s nanočesticama titanijevog dioksida imaju učinkovitost pretvorbe atmosferskih NOx u bezopasne nitrate do 45 %. U novom istraživanju tim je uspio povećati učinkovitost do 70 % dodavši grafen u katalizator.

Istraživači su koristili eksfolijaciju tekućom fazom kako bi ogulili slojeve grafena s osnovnog materijala grafita, ali s jednim novim dodatkom uobičajenom procesu – dodali su nanočestice titanijevog dioksida u mješavinu. Ovo je omogućilo nastanak novog nanokompozitnog materijala od grafena i titanija.

Ovaj se materijal može nanositi na površine poput ulica, nogostupa ili vanjskih površina zidova zgrada te se na taj način može pasivno čistiti zrak. Djelovanje katalizatora u potpunosti aktivira sunčeva svjetlost, a nitrat koji nastaje kao rezultat bezopasan je i ispiru ga kiša i vjetar.

„Fotokataliza u cementnoj sredini koja se nanosi na zgrade može imati veliki utjecaj na smanjenje onečišćenja zraka uklanjajući NOx iz atmosfere i omogućujući samočišćenje površina, tj. takozvani efekt 'gutanja smoga'“, navodi Xinliang Feng iz inicijative Graphene Flagship, jedan od organizatora istraživanja. „Grafen bi mogao unaprijediti fotokatalizacijska svojstva katalizatora poput nanočestica titanijeva dioksida i poboljšati mehanička svojstva cementa.“

  • Fotografije snimljene prije i poslije provođenja eksperimenta koje pokazuju kako katalizator od grafena i titanija djeluje na uklanjanje onečišćenja. / Izvor: Graphene Flagship

Tim je testirao mješavinu praveći fotokatalitičke panele i izloživši ih onečišćivalima. U jednom testu koristili su rodamin B koji ima sličnu molekulsku strukturu kao hlapljiva organska onečišćivala. Kada je testiran u vodi i aktiviran UV svjetlošću, tim je uočio da je njihov kompozit razgradio 40 % više rodamina B nego katalizator bez grafena.

U sljedećem testu otkrili su da je katalizator s grafenom i titanijem razgradio do 70 % više atmosferskog NOx nego katalizator koji je sadržavao samo titanijev dioksid.

„Dodatak grafena nanočesticama titanijeva dioksida pokazao se dobar u praškastom obliku te se može nanositi na različite materijale od kojih je beton dobar primjer široke upotrebe što bi doprinijelo postizanju zdravijeg okoliša“, navodi Marko Goisis, koordinator istraživanja u Italcementiju, još jednoj tvrtki koja je sudjelovala u istraživanju. „Nije potrebno puno održavanja i povoljno je za okoliš, a samo zahtjeva sunčevu energiju za djelovanje.“

Koliko god ovi rezultati bili obećavajući, tim navodi da je potrebno uložiti još truda i rada prije komercijalizacije ove tehnologije. Primjerice, grafen je još uvijek teško proizvesti u velikim količinama te na rješavanju tog problema već rade brojni znanstvenici.

U istraživanju su sudjelovali Graphene Flagship, Sveučilište u Bologni, Politecnico di Milano, CNR, NEST, Italcementi HeidelbergCement Grupa, izraelski Institut za tehnologiju, Sveučilište tehnologije Eindhoven i Sveučilište Cambridge, a objavljeno je u časopisu Nanoscale.

Žarko Šaravanja / Ekovjesnik

 

 

VEZANE VIJESTI

Čak i invazivne vrste školjkaša mogu postati koristan materijal

Tim studentica poslijediplomskog doktorskog studija na Fakultetu za kreativne studije u Detroitu osvojio je glavnu nagradu na ovogodišnjem natječaju Biodesign Challenge, međunarodnom programu obrazovanja koji svoje polaznike povezuje s biolozima, umjetnicima i dizajnerima.

Kina testira najveći pročišćivač zraka na svijetu

U Kini je onečišćenje zraka svakodnevan izazov. Kineska vlada uložila je dva milijuna dolara u prototip sustava za pročišćavanje onečišćenog zraka namijenjenog za smanjenje negativnih učinaka smoga u urbanim područjima. Inicijalni testovi pokazuju da je sustav sposoban obraditi osam milijuna metara kubičnih zraka svaki dan, što osjetno doprinosi boljoj kvaliteti okolnog zraka.

Zanimljiv način borbe protiv onečišćenja zraka u indijskim gradovima

Kvaliteta zraka u većim indijskim gradovima već dugi niz godina ne ide u korist ni okolišu ni ljudskom zdravlju. Postotak oboljelih od bolesti dišnih puteva svake godine sve je veći, a broj umrlih od udisanja onečišćenog zraka godišnje i više nego zapanjuje. No, čini se kako je tim indijskih inženjera pronašao način učinkovitog rješenja ovog problema.

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER