Kataliz araştırmalarındaki bir çalışma, güneş ışığına maruz kaldığında kendini temizleyen ve hava kirleticilerini kimyasal olarak parçalayan yeni bir duvar boyasının geliştirilmesini sağladı.
Genellikle, güzel beyaz bir duvar boyası sonsuza kadar güzel ve beyaz kalmaz. Çoğu zaman havadaki çeşitli maddeler yüzeyinde birikir. Bu durum bir süreliğine havayı temizlediği için istenen bir etki olabilir – ancak zamanla renk değişir ve boyanın yenilenmesi gerekir.
TU Wien ve Università Politecnica delle Marche (İtalya) araştırma ekibi, sıradan, ticari duvar boyalarına eklenebilecek özel titanyum oksit nanoparçacıklarını geliştirerek kendini temizleme özelliği kazandırmayı başardı: Bu nanoparçacıklar fotokatalitik olarak aktiftir; güneş ışığını yalnızca havadaki maddeleri bağlamak için değil, ardından parçalamak için de kullanabilirler. Böylece duvar hem havayı temizler hem de kendini temizler. Yeni duvar boyası için ham madde olarak atıklar kullanıldı: normalde atılacak metal hurdalar ve kurutulmuş düşmüş yapraklar. İç mekân havasında temizlik malzemeleri ve hijyen ürünlerinin kalıntılarından, yemek pişirme sırasında oluşan moleküllere veya deri gibi malzemelerden yayılan maddelere kadar çok çeşitli kirleticiler bulunur. Bazı durumlarda bu durum sağlık sorunlarına yol açabilir; buna “hasta bina sendromu” denir.
TU Wien Malzeme Kimyası Enstitüsü’nden Prof. Günther Rupprechter, “Yıllardır insanlar özelleştirilmiş duvar boyalarını kullanarak havayı temizlemeye çalışıyor. Titanyum oksit nanoparçacıkları bu bağlamda özellikle ilgi çekicidir. Çok çeşitli kirleticileri bağlayabilir ve parçalayabilirler.”
Ancak sıradan titanyum oksit nanoparçacıklarını doğrudan boyaya eklemek, boyanın dayanıklılığını etkiler: tıpkı kirleticileri parçaladıkları gibi, boyanın kendisini de kararsız hâle getirip çatlak oluşumuna yol açabilirler. En kötü durumda, sağlığa zararlı olabilecek uçucu organik bileşikler bile açığa çıkabilir. Bir süre sonra boya tabakası gri ve mat görünmeye başlar ve sonunda yenilenmesi gerekir.
Bununla birlikte, nanoparçacıklar UV ışığı ile ışınlandığında kendilerini temizleyebilir. Titanyum oksit, uygun ışığa maruz kaldığında kimyasal reaksiyonları mümkün kılan bir fotokatalizördür.
UV ışınları, parçacıklar içinde serbest yük taşıyıcıları oluşturur; bu taşıyıcılar, havadan tutulan kirleticilerin küçük parçalara ayrılarak uzaklaştırılmasını sağlar. Böylece kirleticiler zararsız hâle getirilir ve duvar boyasına kalıcı olarak tutunmaz. Boyanın rengi uzun vadede stabil kalır.
Ancak pratikte bunun pek faydası yoktur – sonuçta duvarı tekrar tekrar yoğun UV ışığıyla ışınlamak zahmetli olur. “Bu nedenle amacımız, bu parçacıkları fotokatalitik etkinin sıradan güneş ışığıyla da tetiklenebileceği şekilde modifiye etmekti,” diye açıklıyor Günther Rupprechter. Bu, titanyum oksit nanoparçacıklarına fosfor, azot ve karbon gibi belirli atomların eklenmesiyle başarıldı. Böylece parçacıkların toplayabildiği ışık frekansları değişiyor ve artık yalnızca UV ışığı değil, sıradan görünür ışık da fotokatalizi tetikleyebiliyor.
Çalışmanın birinci yazarı Qaisar Maqbool, “Bu olguyu şimdi çok çeşitli yüzey ve nanoparçacık analiz yöntemleriyle ayrıntılı biçimde inceledik” diyor. “Bu sayede bu parçacıkların, duvar boyasına eklenmeden önce ve eklendikten sonra tam olarak nasıl davrandığını gösterebildik.”
Araştırma ekibi, modifiye edilmiş titanyum oksit nanoparçacıklarını ticari olarak satılan sıradan duvar boyasıyla karıştırdı ve boyanmış yüzeyi kirleticiler içeren bir solüsyonla duruladı. Ardından kirleticilerin %96’sı doğal güneş ışığı tarafından parçalanabildi. Boyanın rengi değişmiyor – çünkü kirleticiler yalnızca bağlanmakla kalmıyor, aynı zamanda güneş ışığı yardımıyla parçalanıyor.
Bu tür boyaların ticari başarısı için pahalı ham maddelerden kaçınmak da önemlidir. Günther Rupprechter, “Katalizde örneğin platin veya altın gibi değerli metaller kullanılır. Ancak bizim durumumuzda her yerde kolayca bulunabilen elementler yeterli oldu: Fosfor, azot ve karbonu zeytin ağaçlarından toplanan kurumuş yapraklardan elde ettik; titanyum oksit nanoparçacıkları için gereken titanyumu ise normalde çöpe giden metal atıklardan sağladık” diyor.
Bu yeni duvar boyası türü aynı anda birçok avantaj sunuyor: havadaki kirleticileri uzaklaştırıyor, diğer boyalara göre daha uzun ömürlü ve üretimi daha kaynak tasarruflu, çünkü geri dönüştürülmüş malzemelerden elde edilebiliyor. Ek deneyler sürüyor ve duvar boyasının ticarileştirilmesi hedefleniyor.
