Doorbraak in de katalyse levert zelfreinigende muurverf op die luchtverontreinigende stoffen afbreekt bij blootstelling aan zonlicht

Typisch, mooie witte muurverf blijft niet eeuwig mooi en wit. Vaak hopen stoffen uit de lucht zich op het oppervlak op. Dit kan een gewenst effect zijn omdat het de lucht een tijdje schoner maakt, maar na verloop van tijd verandert de kleur en moet deze worden vernieuwd.

Een onderzoeksteam van de TU Wien en de Università Politecnica delle Marche (Italië) is er nu in geslaagd speciale titaniumoxide-nanodeeltjes te ontwikkelen die aan gewone, in de handel verkrijgbare muurverf kunnen worden toegevoegd om zelfreinigend vermogen te bewerkstelligen: de nanodeeltjes zijn fotokatalytisch actief, ze kunnen gebruiken zonlicht niet alleen om stoffen uit de lucht te binden, maar ook om ze daarna af te breken.

De muur maakt de lucht schoner en reinigt tegelijkertijd zichzelf. Als grondstof voor de nieuwe muurverf werd afval gebruikt: metaalschroot, dat anders weggegooid zou moeten worden, en gedroogde afgevallen bladeren. De studie wordt gepubliceerd in ACS-katalyse.

Gemodificeerd titaniumoxide in de muurverf

In de binnenlucht komt een grote verscheidenheid aan verontreinigende stoffen voor: van resten van schoonmaakmiddelen en hygiëneproducten tot moleculen die vrijkomen tijdens het koken of die worden uitgestoten door materialen zoals leer. In sommige gevallen kan dit leiden tot gezondheidsproblemen, wat dan het ‘sickbuilding-syndroom’ wordt genoemd.

“Al jaren proberen mensen op maat gemaakte muurverven te gebruiken om de lucht te zuiveren”, zegt prof. Günther Rupprechter van het Instituut voor Materiaalchemie van de TU Wien. “In deze context zijn nanodeeltjes van titaniumoxide bijzonder interessant. Ze kunnen een breed scala aan verontreinigende stoffen binden en afbreken.”

Het simpelweg toevoegen van gewone titaniumoxide-nanodeeltjes aan de verf heeft echter invloed op de duurzaamheid van de verf: net zoals verontreinigende stoffen worden afgebroken door de nanodeeltjes, kunnen ze ook de verf zelf instabiel maken en scheuren veroorzaken. In het ergste geval kunnen er zelfs vluchtige organische stoffen vrijkomen, die weer schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid. Na een bepaalde tijd wordt de verflaag grijs en getint, uiteindelijk moet deze vernieuwd worden.

Zelfreinigend door licht

De nanodeeltjes kunnen zichzelf echter reinigen als ze worden bestraald met UV-licht. Titaanoxide is een zogenaamde fotokatalysator: een materiaal dat chemische reacties mogelijk maakt bij blootstelling aan geschikt licht. De UV-straling creëert vrije ladingsdragers in de deeltjes, die de ontbinding van de gevangen verontreinigende stoffen uit de lucht in kleine deeltjes veroorzaken en het vrijkomen ervan. Op deze manier worden de verontreinigende stoffen onschadelijk gemaakt, maar blijven ze niet permanent aan de muurverf vastzitten. De muurkleur blijft op de lange termijn stabiel.

In de praktijk heeft dit echter weinig nut; het zou immers vervelend zijn om de muur herhaaldelijk met intens UV-licht te bestralen om het zelfreinigingsproces te stimuleren. “Ons doel was daarom om deze deeltjes zo te modificeren dat het fotokatalytische effect ook door gewoon zonlicht kan worden geïnduceerd”, legt Rupprechter uit.

Dit wordt bereikt door bepaalde extra atomen aan de titaniumoxide-nanodeeltjes toe te voegen, zoals fosfor, stikstof en koolstof. Als gevolg hiervan veranderen de lichtfrequenties die door de deeltjes kunnen worden opgevangen, en in plaats van alleen UV-licht wordt de fotokatalyse dan ook geactiveerd door gewoon zichtbaar licht.

96% verwijdering van verontreinigende stoffen

“We hebben dit fenomeen nu tot in detail onderzocht met behulp van verschillende methoden voor oppervlakte- en nanodeeltjesanalyse”, zegt Qaisar Maqbool, de eerste auteur van het onderzoek. “Zo konden we precies laten zien hoe deze deeltjes zich gedragen, voor en nadat ze aan de muurverf zijn toegevoegd.”

Het onderzoeksteam mengde de gemodificeerde titaniumoxide-nanodeeltjes met gewone, in de handel verkrijgbare muurverf en spoelde een geverfd oppervlak af met een oplossing die verontreinigende stoffen bevatte. Vervolgens zou 96% van de verontreinigende stoffen kunnen worden afgebroken door natuurlijk zonlicht. De kleur zelf verandert niet – omdat de verontreinigende stoffen niet alleen worden gebonden, maar ook worden afgebroken met behulp van zonlicht.

Afval als grondstof

Voor het commerciële succes van dergelijke verven is het ook belangrijk om dure grondstoffen te vermijden. “Bij de katalyse worden bijvoorbeeld edelmetalen zoals platina of goud gebruikt. In ons geval zijn echter elementen die overal gemakkelijk verkrijgbaar zijn voldoende: om fosfor, stikstof en koolstof te verkrijgen, hebben we gedroogde gevallen bladeren van olijfbomen gebruikt. , en het titanium voor de titaniumoxide-nanodeeltjes werd verkregen uit metaalafval, dat normaal gesproken gewoon wordt weggegooid”, zegt Rupprechter.

Dit nieuwe type muurverf combineert verschillende voordelen tegelijk: het verwijdert verontreinigende stoffen uit de lucht, gaat langer mee dan andere verven – en bespaart nog meer hulpbronnen bij de productie omdat het kan worden verkregen uit gerecyclede materialen. Er worden verdere experimenten uitgevoerd en het is de bedoeling dat de muurverf op de markt wordt gebracht.