Vanligtvis förblir vacker vit väggfärg inte vacker och vit för alltid. Ofta ackumuleras ämnen från luften på dess yta. Detta kan vara en önskad effekt eftersom det gör luften renare ett tag — men med tiden ändras färgen och behöver förnyas.
Ett forskarlag från TU Wien och Università Politecnica delle Marche (Italien) har nu lyckats utveckla speciella titanoxidnanopartiklar som kan tillsättas vanlig, kommersiellt tillgänglig väggfärg för att etablera självrengörande kraft:Nanopartiklarna är fotokatalytiskt aktiva, de kan använd solljus inte bara för att binda ämnen från luften, utan även för att sönderdela dem efteråt.
Väggen gör luften renare – och rengör sig själv samtidigt. Avfall användes som råvara för den nya väggfärgen:metallskrot, som annars skulle kasseras, och torkade nedfallna löv. Studien publiceras i ACS Catalysis .
En mängd olika föroreningar förekommer i inomhusluften – från rester av rengöringsmedel och hygienprodukter till molekyler som produceras under matlagning eller som avges av material som läder. I vissa fall kan detta leda till hälsoproblem, som då kallas "sjukbyggnadssyndrom."
"I åratal har människor försökt att använda anpassade väggfärger för att rena luften", säger professor Günther Rupprechter från Institutet för materialkemi vid TU Wien. "Titanoxidnanopartiklar är särskilt intressanta i detta sammanhang. De kan binda och bryta ner en lång rad föroreningar."
Men att bara lägga till vanliga titanoxidnanopartiklar i färgen kommer att påverka färgens hållbarhet:precis som föroreningar bryts ned av nanopartiklarna kan de också göra själva färgen instabil och skapa sprickor. I värsta fall kan till och med flyktiga organiska föreningar frigöras, vilket i sin tur kan vara skadligt för hälsan. Efter en viss tid blir färgskiktet grått och tonat, äntligen måste det förnyas.
Nanopartiklarna kan dock rengöra sig själva om de bestrålas med UV-ljus. Titanoxid är en så kallad fotokatalysator – ett material som möjliggör kemiska reaktioner när det utsätts för lämpligt ljus. UV-strålningen skapar fria laddningsbärare i partiklarna, vilket inducerar nedbrytning av de fångade föroreningarna från luften till små delar och deras frigörande. På så sätt oskadliggörs föroreningarna, men förblir inte permanent fästa på väggfärgen. Väggfärgen förblir stabil på lång sikt.
I praktiken är detta dock till liten nytta – trots allt skulle det vara tråkigt att upprepade gånger bestråla väggen med intensivt UV-ljus för att driva självrengöringsprocessen. "Vårt mål var därför att modifiera dessa partiklar på ett sådant sätt att den fotokatalytiska effekten också kan induceras av vanligt solljus", förklarar Rupprechter.
Detta uppnås genom att lägga till vissa ytterligare atomer till titanoxidnanopartiklarna, såsom fosfor, kväve och kol. Som ett resultat ändras ljusfrekvenserna som kan skördas av partiklarna, och istället för bara UV-ljus triggas fotokatalys då även av vanligt synligt ljus.
96 % avlägsnande av föroreningar
"Vi har nu undersökt detta fenomen i detalj med hjälp av en mängd olika metoder för analys av ytan och nanopartiklar", säger Qaisar Maqbool, första författaren till studien. "På detta sätt kunde vi visa exakt hur dessa partiklar beter sig, före och efter att de lagts till väggfärgen."
Forskargruppen blandade de modifierade titanoxidnanopartiklarna med vanlig, kommersiellt tillgänglig väggfärg och sköljde en målad yta med en lösning som innehöll föroreningar. Därefter kunde 96 % av föroreningarna brytas ned av naturligt solljus. Färgen i sig ändras inte – eftersom föroreningarna inte bara binds, utan också bryts ner med hjälp av solljus.
För kommersiell framgång för sådana färger är det också viktigt att undvika dyra råvaror. "I katalys används till exempel ädelmetaller som platina eller guld. I vårt fall räcker det dock med grundämnen som är lätt tillgängliga överallt:För att få fram fosfor, kväve och kol har vi använt torkade nedfallna löv från olivträd , och titanet för titanoxidnanopartiklarna erhölls från metallavfall, som vanligtvis helt enkelt slängs, säger Rupprechter.
Denna nya typ av väggfärg kombinerar flera fördelar på samma gång:den tar bort föroreningar från luften, den håller längre än andra färger — och den är ännu mer resurssnål i produktionen eftersom den kan erhållas från återvunnet material. Ytterligare experiment genomförs och kommersialisering av väggfärgen är tänkt.
Mer information: Qaisar Maqbool et al, mycket stabila självrengörande färger baserade på avfallsvaloriserade PNC-dopade TiO2 Nanopartiklar, ACS Catalysis (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c06203
Journalinformation: ACS Catalysis
Tillhandahålls av Wiens tekniska universitet
