TU Wien ve Università Politecnica delle Marche’den bir araştırma ekibi, kendi kendini temizleme özelliğine sahip, duvar boyalarında yer alabilecek özel titanyum oksit nanopartikülleri geliştirdi.
Beyaz duvar boyalarının güzelliği ve beyazlığı kalıcı değildir. Çoğu zaman havadaki maddeler boya yüzeyinde birikiyor. Bu, havayı bir süreliğine daha temiz hale getirdiği için arzu edilen bir etki olabilir, ancak zamanla renk değişiyor ve boyanın yenilenmesi gerekiyor. TU Wien ve Università Politecnica delle Marche’den (İtalya) bir araştırma ekibi, kendi kendini temizleme özelliğine sahip, ticari olarak satılan duvar boyalarında yer alabilecek özel titanyum oksit nanopartikülleri geliştirmeyi başardı. Fotokatalitik olarak aktif olan nanopartiküller, güneş ışığını sadece havadaki maddeleri bağlamak için değil, aynı zamanda daha sonra onları ayrıştırmak için de kullanabiliyor. Duvar, havayı daha temiz hale getiriyor ve aynı zamanda kendini de temizliyor. Yeni duvar boyasının hammaddesi olarak, normal koşullarda atılması gereken metal hurdaları ve kurumuş yapraklar kullanıldı. Çalışma, ACS Catalysis Dergisinde yayımlandı.
İç mekanlarda, temizlik maddeleri ve hijyen ürünlerinin kalıntılarından pişirme sırasında üretilen veya deri gibi malzemelerden yayılan moleküllere kadar çeşitli kirleticiler bulunuyor. Bazı durumlarda bu durum, hasta bina sendromu olarak adlandırılan sağlık sorunlarına yol açabiliyor. Konuyla ilgili TU Wien Malzeme Kimyası Enstitüsü’nden Prof. Günther Rupprechter, “İnsanlar yıllardır havayı temizlemek için özelleştirilmiş duvar boyaları kullanmaya çalışıyor. Titanyum oksit nanopartikülleri bu bağlamda özellikle ilgi çekicidir. Çok çeşitli kirleticileri bağlayabilir ve parçalayabilirler” diye konuşuyor. Bununla birlikte, boyaya sıradan titanyum oksit nanopartiküllerinin eklenmesi, kirleticilerin nanopartiküller tarafından parçalanması gibi boyanın dayanıklılığını etkileyerek kendisini de dayanıksız hale getirebiliyor ve çatlaklar oluşturabiliyor. Hatta, olabilecek en kötü durumda uçucu organik bileşikler açığa çıkabiliyor ve bu durum sağlığa zararlı olabiliyor. Belirli bir süre sonra boya tabakası grileşiyor ve renkleniyor; sonunda yenilenmesi gerekiyor.
Öte yandan, nanoparçacıklar UV ışığıyla temasa geçtiklerinde kendilerini temizleyebiliyorlar. Titanyum oksit, fotokatalist olarak adlandırılan ve uygun ışığa maruz kaldığında kimyasal reaksiyonları mümkün kılan bir malzemedir. UV radyasyonu, partiküllerde serbest yük taşıyıcıları oluşturarak havadaki hapsolmuş kirleticilerin küçük parçalara ayrışmasını ve serbest kalmasını sağlıyor. Bu şekilde kirleticiler zararsız hale getiriliyor, ancak duvar boyasına kalıcı olarak bağlı kalmıyorlar. Duvar rengi uzun vadede sabit kalıyor. Pratikte bunun pek bir faydası yok çünkü kendi kendini temizleme sürecini yürütmek için duvarı yoğun UV ışığıyla tekrar tekrar ışınlamak uğraştırıcı bir süreç. Rupprechter, “Dolayısıyla amacımız, bu partikülleri fotokatalitik etkinin sıradan güneş ışığıyla da harekete geçebileceği şekilde modifiye etmekti” diyor. Bu, titanyum oksit nanopartiküllerine fosfor, nitrojen ve karbon gibi bazı ilave atomlar eklenerek başarıldı. Sonuç olarak, parçacıklar tarafından toplanabilen ışık frekansları değişiyor ve fotokataliz, sadece UV ışığı değil, normal ışık tarafından da harekete geçebiliyor.
Çalışmanın ilk yazarı Qaisar Maqbool, “Bu olguyu çeşitli farklı yüzey ve nanopartikül analiz yöntemleri kullanarak oldukça detaylı bir şekilde araştırdık. Bu şekilde, parçacıkların duvar boyasına eklenmeden önce ve sonra nasıl davrandıklarını tam olarak gösterebildik” diyor. Araştırma ekibi, modifiye edilmiş titanyum oksit nanopartiküllerini piyasada bulunan sıradan duvar boyasıyla karıştırdı ve boyalı yüzeyi kirletici içeren bir çözeltiyle duruladı. Daha sonra, kirleticilerin %96’sının doğal güneş ışığı ile parçalanabildiği görüldü. Rengin kendisi değişmiyor çünkü kirleticiler sadece bağlanmakla kalmıyor, aynı zamanda güneş ışığının yardımıyla parçalanıyor.
Bu tür boyalarda ticari başarı elde etmek için maliyetli hammaddelerden kaçınmak da önemli. Rupprechter, konuyla ilgili şöyle konuşuyor: “Örneğin, katalizde platin veya altın gibi değerli metaller kullanılıyor. Ancak bizim durumumuzda, her yerde kolayca bulunabilen elementler yeterli fosfor, nitrojen ve karbon elde etmek için zeytin ağaçlarından kurutulmuş dökülen yaprakları kullandık ve titanyum oksit nanopartikülleri için titanyum, normalde basitçe atılan metal atıklardan elde edildi.” Bu yeni duvar boyası türü aynı anda birçok avantajı bir araya getiriyor; havadaki kirleticileri temizliyor, diğer boyalardan daha uzun süre dayanıyor ve geri dönüştürülmüş malzemelerden elde edilebildiği için üretimde daha fazla kaynak tasarrufu sağlıyor. Daha ileri deneyler yapılmakta olup duvar boyasının ticarileştirilmesi amaçlanıyor.
Akademik Referans : Qaisar Maqbool et al, Highly Stable Self-Cleaning Paints Based on Waste-Valorized PNC-Doped TiO2 Nanoparticles, ACS Catalysis (2024). DOI 10.1021acscatal.3c06203
