La fotocatalisi
La Fotocatalisi è un fenomeno naturale in cui una sostanza, nota come fotocatalizzatore, modifica la velocità di una reazione chimica attraverso l'azione della luce (naturale o artificiale). La maggior parte delle applicazioni utilizza fotocatalizzatori a base di biossido di titanio (TiO2) che necessitano di luce UV per attivare il processo.
IL NUOVO FOTOCATALISTA ATTIVO NELLO SPETTRO DI LUCE VISIBILE - Lo sviluppo di un nuovo fotocatalizzatore a base di triossido di tungsteno (WO3), ha notevolmente incrementato l'efficacia della fotocatalisi e risolto il problema dell'utilizzo della luce UV. Quando esposto alla luce visibile, il WO3 assorbe e converte l'energia della luce in elettroni e buchi di elettroni. WO3 reagisce con l'acqua (umidità dell'aria) per produrre radicali idrossilici (OH-) e con l'ossigeno per produrre anioni superossido (O2-).
Miliardi di queste specie altamente ossidanti vengono create in miliardesimi di secondo e lavorano per decomporre la materia a livello molecolare. Il risultato è un efficace decomposizione delle sostanze organiche ed inorganiche inquinanti (paragonabile a tutte le particelle fini PM2.5-PM10), di microbi, virus, ossidi di azoto, policondensati aromatici, anidride solforosa, monossido di carbonio, formaldeide, metanolo, etanolo, benzene, etilbenzene, monossido di azoto e biossido, ecc.
Il forte effetto ossidativo permette di utilizzare il fotocatalizzatore a base di triossido di tungsteno come disinfettante fotocatalitico.
Sebbene diverse ricerche abbiano studiato l'inattivazione fotocatalitica dei batteri, solo pochi affrontano l'inattivazione del virus.
Di seguito vengono riportati gli effetti derivanti dall'impiego di soluzioni fotocatalitiche sui virus.
Fotocatalisi e microrganismi
È stato dimostrato che la fotocatalisi può innescare una degradazione in caso di composti semplici (proteine e DNA), un effetto inibitorio in caso di virus e batteri e un effetto antitumorale nel caso di cellule complesse, come per quanto riguarda polline e spore che provocano allergie.
La ricerca sulla trasformazione del virus mediante fotocatalisi è stata eseguita in ambiente acquoso o liquido o con il metodo del contatto diretto tra l'organismo e la superficie. Esistono due livelli di attacco fotocatalitico:
- FOTOINATTIVAZIONE o FOTODISATTIVAZIONE, con conseguente effetto DISINFEZIONANTE
- DECOMPOSIZIONE / UCCISIONE delle cellule virali, con conseguente effetto STERILIZZANTE
Il meccanismo di inattivazione del virus tramite fotocatalisi deve ancora essere definitivamente cancellato, sebbene sia già stata dimostrata l'efficacia del sistema con test di laboratorio mediante l'utilizzo di diversi tipi di microrganismi e avendo raggiunto un risultato quasi completo nell'attacco.
Sembra che l'attacco inizi sulle particelle virali attraverso il loro assorbimento sulla superficie del catalizzatore, a seguito dell'attacco alla proteina capside e ai siti di legame del virus (attacco diretto Redox). Secondo altri, il comportamento di inattivazione dei virus è regolato dai radicali idrossilici • O2 - e OH • e da specie reattive dell'ossigeno (ROS), come • O2 -, OH– H2O • HO, libero nella fase di massa - e non da quelli legati alla superficie del catalizzatore. Il seguente meccanismo di decomposizione comporta la degradazione della parete cellulare e della membrana citoplasmatica, come conseguenza della produzione di ROS. Questo processo porta inizialmente alla fuoriuscita del contenuto cellulare, poi alla lisi cellulare, fino ad una completa mineralizzazione dell'organismo. Più vicino è il contatto tra il virus e il catalizzatore, più efficace sarà l'uccisione.
Pur tenendo in considerazione le condizioni ambientali dell'interfaccia, le specie reattive hanno un range che può arrivare a 2 mm dalla superficie attiva.
L'importanza della superficie su cui installare il fotocatalizzatore
La superficie fotocatalitica sfruttata per la reazione è composta da una matrice o substrato contenente particelle di fotocatalizzatore uniformemente disperse, oppure da un film sottile che completa il rivestimento del substrato.
Non tutti i materiali sono adeguati a questo scopo, a seconda della stabilità chimica degli agenti a contatto con la superficie o matrice in cui sono inseriti. Quelli hanno stabilità chimica su plastica, fibre, tessuti e metalli (con un pH quasi neutro).
La superficie dei materiali può essere ulteriormente modificata per aumentare l'effetto degradante.
Ad esempio, è stato dimostrato che l'attività di uccisione dei microrganismi può essere ulteriormente potenziata in presenza di altri agenti antimicrobici, come la silice e le sostanze vetrose contenenti rame (Cu + e Cu2+) e ioni argento (Ag +), o prodotti composti da argento metallico complessato (argento colloidale), che si comportano come serbatoio aggiuntivo di sostanze attive in grado di attaccare i microrganismi.
Per quanto riguarda il trattamento dell'aria, è importante che i filtri abbiano la più ampia superficie di contatto con l'aria e una bassa resistenza al flusso d'aria, per motivi di consumo energetico e rumore.