Bläck för fotokatalysatoraktivitetsindikator
Fotokatalysatoraktivitetsindikatorbläck ( paii ) är ett ämne som används för att identifiera närvaron av en underliggande heterogen fotokatalysator och för att mäta dess aktivitet. Sådana bläck synliggör aktiviteten hos fotokatalytiska beläggningar som appliceras på olika "självrengörande" produkter. Bläcken innehåller ett färgämne som reagerar på ultraviolett strålning i närvaro av det fotokatalytiska medlet i beläggningen. De appliceras på den belagda produkten (vanligtvis med en penna, pensel eller neddragningsstång) och visar en färgförändring eller försvinnande när de utsätts för ultraviolett strålning. Användningen av en paii baserad på färgämnet resazurin utgör grunden för ett ISO- standardtest för fotokatalytisk aktivitet.
Ansökningar
En fotokatalysatoraktivitetsindikator identifierar snabbt och enkelt närvaron av en underliggande heterogen fotokatalysator och ger ett mått på dess aktivitet. En heterogen fotokatalysator är ett material som använder absorberad ljusenergi (vanligtvis UV ) för att driva önskade reaktioner som annars inte skulle fortgå under omgivande förhållanden. Kommersiella fotokatalytiska produkter, som inkluderar: arkitektoniskt glas, keramiska plattor, takpannor, cement, färg och tyger marknadsförs på grund av sin förmåga att rengöra sina egna ytor (dvs. är självrengörande) och den omgivande luften . Paiis möter branschens behov av en snabb, enkel och billig metod för att demonstrera och bedöma aktiviteterna hos de vanligtvis tunna, osynliga för ögat, fotokatalytiska beläggningarna som finns på självrengörande produkter. En paii, belagd på ytan av ett fotokatalysatormaterial som testas, fungerar via en fotoreduktiv mekanism, i vilken ljus som absorberas av fotokatalysatorn driver reduktionen av färgämnet i paii, vilket ger en slående färgförändring, som kan mätas genom användning av en enkel mobiltelefonkamera + app, istället för all sofistikerad analysutrustning. Användning av paiis inkluderar: (i) laboratorium, fabrik och på plats kommersiell kvalitetskontroll av fotokatalysatorprodukter (ii) marknadsföring, för snabb och slående demonstration av effektiviteten av den vanligtvis osynliga och annars långsamt verkande fotokatalysatorbeläggningen, (iii) förfalskning detektering och (iv) utvärdering av nya fotokatalytiska material. Utvecklingen och applikationerna för sådana paiis har granskats i detalj.
Bakgrund
Heterogen fotokatalys är den process som underbygger aktiviteten hos de flesta arkitektoniska material, såsom glas, keramiska tegelpannor, takpannor, betong, färg och tyger som promotas som "självrenande" (eller "luftrenande"). Dessa fotokatalytiska material underlättar den oxidativa mineraliseringen av organiska och oorganiska arter av omgivande syre på deras ytor, vilket gör ytorna rena och vanligtvis hydrofila . I de flesta kommersiella fotokatalytiska produkter är det aktiva skiktet en tunn, klar, färglös beläggning av halvledaren anatas titania , som kräver UV-ljus för att fotogenerera de nödvändiga elektronerna (e - ) och hålen (h + ), i dess konduktans- respektive valensband . , för att främja den fotokatalytiska processen. Ett schema över nyckelprocesserna bakom den fotokatalytiska mineraliseringen av en organisk förorening på ytan av en fotokatalysatorfilm av titanoxid illustreras i figur 1 och den övergripande reaktionen sammanfattas av:
Vattenmolekyler - adsorberade till fotokatalysatorn - behövs också för att generera hydroxylgrupperna på ytan.
Marknadsföring av fotokatalytiska produkter och förebyggande av förfalskning försvåras eftersom de fotokatalytiska beläggningarna vanligtvis och nödvändigtvis är osynliga för ögat. Ett sätt att uppnå en visuell demonstration av fotokatalys är att använda ett färgämne, som metylenblått , löst i vatten, som den organiska arten som ska mineraliseras, eftersom färgen på färgen försvinner när den oxideras när den fotokatalytiska processen fortskrider. Detta tillvägagångssätt utgör grunden för ett väletablerat ISO-test för fotokatalytisk aktivitet hos filmer ISO. De flesta kommersiella fotokatalysatorprodukter använder dock endast ett tunt lager titanoxid (t.ex. ca 15 nm tjockt i självrengörande glas) och omgivande UV-nivåer är ofta låga (t.ex. för en solig dag i Storbritannien är UVA-instrålningen endast ca. 4 mW/cm ^ ). Som en konsekvens är den fotokatalytiska oxidativa blekningen av metylenblått vanligtvis mycket långsam, tar många timmar, och så olämplig för marknadsföring åtminstone.
Teori
Indikatorbläck för fotokatalysatoraktivitet är ett nytt framsteg i den visuella demonstrationen av fotokatalys och bedömningen av aktiviteten hos fotokatalysatormaterial. De är billiga, enkla att använda och ger en mycket snabb väg för att demonstrera närvaron av en fotokatalytisk film, även under låga nivåer av UV-ljus. Till skillnad från den fotooxidativa blekningen av metylenblått använder de den underliggande halvledarfotokatalysatorfilmen för att fotoreducera färgämnet (D ox i figur 2), i bläckbeläggningen, till en annan (vanligtvis färglös) form, (D röd i figur 2) medan samtidigt oxiderar en lätt oxiderad organisk art, en offerelektrondonator (SED), såsom glycerol, som också finns i bläcket. Kinetiken för reduktion av färgämnet i en paii har studerats i stor detalj. Figur 2 illustrerar de grundläggande principerna för driften av en paii när den appliceras på en produkt som har en tunn fotokatalysatorfilmbeläggning.
Öva
Bläcket appliceras på fotokatalysatorbeläggningen, vanligtvis med hjälp av antingen en filtpenna, luftborste, gummistämpel, målarpensel eller en neddragbar stång, och exponeras sedan för solljus eller en alternativ, lämplig ljuskälla. Bläcket identifierar närvaron av fotokatalysatorbeläggningen genom att ändra färg vid bestrålning av den senare med en hastighet (vanligtvis < 10 min) som ger ett mått på filmens aktivitet.
Det har till exempel fastställts att hastigheten för färgförändring av en paii på kommersiellt självrengörande glas är direkt relaterad till den hastighet med vilken glaset också kan fotooxidativt mineralisera, via reaktion (1) av vaxet. som naturlig fettsyra, stearinsyra , som finns i fingeravtryck. Hastigheten för den snabba färgförändringen som NOx är förknippad med indikatorbläck för fotokatalysatoraktivitet har också varit direkt korrelerad med den fotokatalytiska oxidationen av metylenblått och . Det har också visat sig att digital färganalys av fotografier som övervakar färgförändringen av en paii kan användas för att extrahera skenbar absorbansdata som korrelerar väl med UV-vis absorptionsdata för samma prov, utan behov av dyr spektrofotometrisk instrumentering.
Genom att göra färgämnena i bläcket ökande svåra att reducera kemiskt, till exempel genom att använda: basiskt blått 66, resazurin respektive surt violett 7, är det möjligt att göra paiis som är effektiva på fotokatalysatorbeläggningar som uppvisar, respektive: låg ( de flesta självrengörande plattor), måttliga (självrengörande glas) eller höga (självrengörande färger) aktiviteter. paiis baserade på färgämnena 2,6-diklorindofenol (DCIP) och metylenblått har också rapporterats.
Färga | Färg (D oxe ) | Färg (D röd ) | Referens |
---|---|---|---|
Resazurin (Rz) | Blå | Rosa | |
Basic Blue 66 (BB66) | Blå | Färglös | |
Acid Violet 7 (AV7) | Rosa | Färglös | |
Metylenblått (MB) | Blå | Färglös | |
2,6-diklorindofenol (DCIP) | Blå | Färglös |
Ansökningar
Extern video | |
---|---|
Applicering av den nya SunCatalyst Laboratories Paii Label |
Paiis kan användas som kvalitetskontroll och marknadsföringsverktyg inom handeln och som ett snabbt och enkelt sätt att bedöma och/eller kartlägga aktiviteterna för nya fotokatalytiska material i forskning. Dessutom har det också visat sig att sådana bläck kan användas på mycket färgade och svarta ytor, förutsatt att den oxiderade och/eller reducerade formen av redoxfärgämnet är självlysande, och att de effektivt kan användas för att visa aktiviteten av synligt ljus fotokatalysatorer. Mot bakgrund av behovet av in situ- testning av kommersiella fotokatalysatormaterial har paii-etiketter utvecklats som enkelt kan appliceras i fält på vilken yta som helst som ska testas, både i en icke-återanvändbar och återanvändbar form. En anmärkningsvärd tillämpning av paiis är när en enhetlig film har applicerats på en fotokatalytisk yta, och variationen i hastigheten för färgförändring över ytan har övervakats och använts för att generera en ytkarta över fotoaktiviteten. Med denna metod kan enhetligheten hos ytaktiviteten undersökas och eventuella "hotspots" av fotoaktivitet identifieras. Genom att variera sammansättningen av en halvledarfotokatalysatoryta över själva ytan kan en paii fotoaktivitetsytkarta användas för att bestämma den optimala sammansättningen som ger det största fotokatalytiska svaret.
Den snabba färgförändringen av paiis gör dem lämpliga för sådana applikationer som:
- Kvalitetskontroll (i laboratorium, fabrik och på plats);
- Marknadsföring;
- Förfalskade identifiering;
- Utvärdering av forskningsmaterial.