空気浄化のための持続可能な光触媒プロセスの開発

Development of a sustainable photocatalytic process for air purification.

• Jorge H Martínez-Montelongo
• Iliana E Medina-Ramírez
• Yolanda Romo-Lozano
• Juan Antonio Zapien

抄録

今日、大気汚染は世界的な脅威となっており、人類の罹患率や死亡率を大幅に増加させる原因となっています。このため、持続可能で効率的な空気浄化技術が求められています。光触媒処理による空気浄化は、触媒の非特異性と高い酸化能により注目されていますが、実用化にはまだいくつかの変数を最適化する必要があります。本研究では、可視光活性TiO-Cu@パーライトとAg@TiO-Cu/パーライト担持材料を作製しました。TiO-Cu (2at. %)は、浸漬による支持体の含浸に続くゾル-ゲル手順を使用して合成されました。Ag@TiO-Cuについては、クエン酸ナトリウムと水素化ホウ素ナトリウムを用いた化学還元により銀蒸着を行った。これらの材料(粉体及び担持体)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、その小型化と基板への密着性を実証した。光触媒式空気清浄機の試作を行った。試作品の有効性を評価し、室内空気（歯科医院）の殺菌効果を評価した。光触媒は可視光とUVAの低コスト高エネルギーLEDを用いて活性化した。エアフィルターの抗菌性を評価した。Ag@TiO-CuはTiO-Cuと比較して低用量でより優れた空気消毒活性を示した。グラム陰性菌とグラム陽性菌の両方に対して、細菌の増殖を99%まで抑制することができた。TiOにAgとCuを添加することで、光触媒活性が向上し、TiOとドーパント元素(Ag, Cu)の相乗効果で微生物の増殖を抑制し、抗菌活性が向上することがわかった。

Nowadays, air pollution has become a global menace being responsible of a significant increase on the morbidity and mortality of human beings. In view of this, sustainable and efficient technologies for air purification are being sought. Air purification by photocatalytic treatment has received a lot of attention due to the unspecific and high oxidation capacity of the catalyst; however still some variables must be optimized to assure practical applications. In this work, visible light active TiO-Cu@perlite and Ag@TiO-Cu/perlite supported materials were fabricated. TiO-Cu (2 at. %) were synthesized using a sol-gel procedure followed of the impregnation of the support by immersion. For Ag@TiO-Cu, silver deposition was conducted by chemical reduction using sodium citrate and sodium borohydride. The materials (powders and supported materials) were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) to demonstrate their small size and adherence to the substrate. A prototype of a photocatalytic air purifier was built. The efficacy of the prototype was evaluated for the disinfection of indoor air (dentistry clinics). The photo-catalyst was activated using visible and UVA low-cost high-energy LEDs. The antibacterial activity of the air filter was evaluated. Ag@TiO-Cu exerts better air disinfection activity at lower doses in comparison to TiO-Cu. Bacterial growth inhibitions up to 99% were achieved for both, Gram-negative and Gram-positive bacteria. The incorporation of Ag and Cu to TiO improves the antibacterial activity of the materials due to enhanced photocatalytic activity and the synergic activity of TiO and dopant elements (Ag, Cu) to inhibit microorganism's growth.

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