RELAZIONE SULL ATTIVITA FOTOCATALITICA DI VERNICI PRODOTTE DA GLOBAL ENGINEERING S.p.A.

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Leona Rocchi
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1 DIPARTIMENTO DI CHIMICA UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FERRARA RELAZIONE SULL ATTIVITA FOTOCATALITICA DI VERNICI PRODOTTE DA GLOBAL ENGINEERING S.p.A. Ferrara, 28/07/07 1/9

2 Premessa: Questa relazione contiene i risultati di una sperimentazione rivolta a valutare l attività fotocatalitica di campioni di vernice supportata su fibrocemento forniti da Global Engineering S.p.A., riguardo la purificazione di aria contaminata con Ossidi di Azoto. Introduzione E noto che Il Biossido di Titanio è un materiale semiconduttore che assorbe la radiazione elettromagnetica, in particolare la radiazione solare o quella emessa da una lampada luminosa a raggi ultravioletti (UV). In generale, quando l energia è maggiore della differenza energetica tra la banda di valenza, a contenuto energetico inferiore, e la banda di conduzione, un elettrone viene promosso dalla banda di valenza alla banda di conduzione, generando un eccesso di carica elettronica (e - ) nella banda di conduzione ed una lacuna di elettroni (h + ) nella banda di valenza. Le lacune elettroniche possono reagire con una molecola di acqua generando un radicale ossidrile altamente reattivo, mentre gli elettroni hanno un potere riducente molto elevato e possono reagire con la molecola dell ossigeno per formare l anione superossido (O - 2 ), come indicato nelle reazione sotto riportate H 2 O + h + OH + H + O 2 + e - O 2 - Tali radicali concorrono all efficace ossidazione e mineralizzazione di composti organici ad anidride carbonica e acqua, e sono in grado di trasformare gli ossidi di azoto in nitrati e gli ossidi di zolfo in solfati 1-6. Materiali contenenti biossido di titanio dovrebbero quindi consentire la decomposizione di sostanze organiche inquinanti e maleodoranti, trasformando al contempo ossidi inorganici tossici, quali gli ossidi di azoto, in nitrati innocui e solubili in acqua. Un altro aspetto di interesse è legato all azione antimicrobica, antibatterica e antimuffa, documentata in letteratura per film di Biossido di Titanio 7,8. 2/9

Introduzione E noto che Il Biossido di Titanio è un materiale semiconduttore che assorbe la radiazione elettromagnetica, in particolare la radiazione solare o quella emessa da una lampada luminosa a

3 Riferimenti Bibliografici 1) Ollis, D.; F. Pelizetti E; Serpone N. Environ Sci. Technol. 1991, 25, ) Uccida, H.; Itoh, S.; Yoneyama, H. Chem. Lett. 1993, ) Heller, A. Acc. Chem. Res. 1995, 28, ) Sitkiewitz, S.; Heller, A. New J. Chem 1996, ) Watanabe, T.; Kitamura, A.; Kojima, E.; Nakayama, C.; Hashimoto, K.; Fujishima, A.; In Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air; Ollis D. E., Al-Ekabi, H.; Eds; Elsevier: New York, 1993, ) Matsubara, H.; Takada, M.; Koyama, S.; Hashimoto, K.; Fujishima, A. Chem Lett. 1995, ) Negishi, N.; Iyoda, T.; Hashimoto, K.; Fujishima, A. Chem Lett. 1995, ) Sunada, K.; Kikuki, Y.; Hashimoto, K.; Fujishima, A. Environ Sci Technol, 1998, 32, 726. Metodologie sperimentali per la misura dell abbattimento degli Ossidi di Azoto Le misure della concentrazione iniziale degli Ossidi di Azoto, dell ordine di circa 0.6 ppm, e a diversi tempi di irradiazione sono state eseguite seguendo una metodologia analitica basata sulla chemiluminescenza, impiegando la seguente strumentazione: Nitrogen Oxides Analyzer, Model 8440 della Monitor Labs. I campioni esaminati posti all interno di una camera di reazione, attraverso la quale venivano fatti ricircolare (5 litri/min) 20 litri di aria contenente la miscela di NO x stabilita, sono stati testati sia in presenza di irradiazione che al buio. Per l illuminazione del campione è stata impiegata una lampada Vitalux della Osram da 300 W. Il campione con superficie di 64 cm 2 si trova ad una distanza di 25 cm dalla sorgente luminosa dove la densità di potenza radiante media della luce tra 300 e 410 nm misurata con un radiometro Macam UV203 è di 14 W/m 2. 3/9

; In Photocatalytic Purification and Treatment of Water and Air; Ollis D. E., Al-Ekabi, H.; Eds; Elsevier: New York, 1993, 747. 6) Matsubara, H.; Takada, M.; Koyama, S.; Hashimoto, K.; Fujishima, A.

4 Sigla Campioni Esaminati Pittura colorata Trasparente PC-1 T-1 T-2 In Figura 1 è riportata una foto dei due tipi di campione esaminati che mette in evidenza come essi presentino una diversa colorazione. PITTURA COLORATA TRASPARENTE Figura 1 Foto Campioni esaminati I campioni provengono da una lastra di fibrocemento trattata per metà con la pittura colorata e per l altra metà con trasparente. Per ciascuna tipologia di trattamento sono stati prelevati due campioni in modo da verificare se la vernice è omogeneamente distribuita sul supporto in vista di possibili future applicazioni su larga scala. 4/9

PITTURA COLORATA TRASPARENTE Figura 1 Foto Campioni esaminati I campioni provengono da una lastra di fibrocemento trattata per metà con la pittura

5 Prove al buio: Tests su vernici con attività fotocatalitica. Risultati dell attività fotocatalitica In accordo con quanto più volte riportato nella letteratura scientifica, dei due ossidi che costituiscono gli NO x, cioè NO e NO 2, il primo non dà adsorbimento apprezzabile su solido. Il secondo invece dà adsorbimento al buio e l entità di questo adsorbimento dipende dalla natura acido-basica della superficie del solido e dall umidità. Risulta pertanto che, per misure di attività fotocatalitica, NO è un probe molto più affidabile di NO 2 in quanto il suo abbattimento è essenzialmente dovuto all effetto fotocatalitico. In Fig. 2 viene riportata la media dell adsorbimento percentuale di NO 2 e NO in funzione del tempo riscontrato per i campioni esaminati. Tale grafico conferma quanto detto sopra NO 2 NO Adsorbimento al buio (%) Tempo (min) Figura 2 Adsorbimento percentuale medio di NO 2 e NO al buio sui campioni esaminati Prove sotto irradiazione: In Tabella 1 sono mostrati i risultati riguardanti l abbattimento percentuale di NO x, (in funzione del tempo) riscontrato quando il campione è sottoposto ad irradiazione. In Tabella 2 e 3 vengono riportati separatamente il contributo di NO 2 e NO. Come riportato sopra, NO è un indicatore migliore di NO 2 per stimare l entità dell effetto fotocatalitico in quanto il secondo scompare anche per adsorbimento al buio. I dati vengono presentati anche graficamente. 5/9

apprezzabile su solido. Il secondo invece dà adsorbimento al buio e l entità di questo adsorbimento dipende dalla natura acido-basica della superficie del solido e dall umidità.

6 Campione Tempo (min) Tabella 1 Abbattimento percentuale di NO x in funzione del tempo PC-1 trattato* T-1 T Campione Tempo (min) Tabella 2 Abbattimento percentuale di NO 2 in funzione del tempo PC-1 trattato* T-1 T Campione Tempo (min) Tabella 3 Abbattimento percentuale di NO in funzione del tempo PC-1 trattato* T-1 T * campione spazzolato e lavato per simulare un processo di invecchiamento 6/9

9 33.3 30 61.5 59.6 59.8 55.0 59.2 60 84.6 82.8 79.2 80.0 77.

7 PC-1 T-1 T-2 trattato NO x rimosso (%) Tempo (min) Figura 3 Confronto dell abbattimento percentuale di NO x in funzione del tempo PC-1 T-1 T-2 trattato NO 2 rimosso (%) Tempo (min) Figura 4 Confronto dell abbattimento percentuale di NO 2 in funzione del tempo 7/9

100 80 PC-1 T-1 T-2 trattato NO 2 rimosso (%) 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 Tempo

8 PC-1 T-1 T-2 trattato NO rimosso (%) Tempo (min) Figura 5 Confronto dell abbattimento percentuale di NO in funzione del tempo Conclusioni: Come si può osservare dalla Tabella 3 e messo meglio in evidenza in Figura 5, il campione che presenta la più alta attività fotocatalitica nella rimozione di NO è quello trattato con il trasparente. Dal confronto dei dati della Tabella 2 (tests sotto irradiazione) con il grafico di Figura 2 (prove al buio), si osserva che la rimozione di NO 2 è essenzialmente governata dal processo di adsorbimento (non fotocatalitico) sui campioni esaminati. Considerando gli NO x (che contengono sia il contributo di NO 2 che di NO) si può osservare dalla Tabella 1 (e relativa Figura) come l attività di rimozione più elevata si ottenga con il campione trattato con trasparente. I grafici, mettono anche in evidenza come i campioni prelevati da zone diverse della lastra di fibrocemento (dove è presente lo stesso trattamento) presentino, entro l errore sperimentale, uguale attività. Questo indica che il trattamento di verniciatura è distribuito omogeneamente sull intero supporto di fibrocemento. Tale trattamento può quindi essere utilizzato a livello industriale per la preparazione di superfici fotocatalitiche. 8/9

Dal confronto dei dati della Tabella 2 (tests sotto irradiazione) con il grafico di Figura 2 (prove al buio), si osserva che la rimozione di NO 2 è essenzialmente governata dal processo di

9 Infine, è da sottolineare l aumento di attività riscontrato per i campioni trattati con pittura colorata in seguito a spazzolatura e lavaggio avente lo scopo di simulare un processo di invecchiamento. Il Responsabile Scientifico Prof. Andrea Maldotti Ferrara, 28/07/07 9/9

lavaggio avente lo scopo di simulare un processo di invecchiamento.

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