Tinta indicadora de actividad de fotocatalizador - Photocatalyst activity indicator ink
Una tinta indicadora de actividad de fotocatalizador ( Paii ) es una sustancia que se utiliza para identificar la presencia de un fotocatalizador heterogéneo subyacente y para medir su actividad. Estas tintas hacen visible la actividad de los revestimientos fotocatalíticos aplicados a varios productos "autolimpiantes". Las tintas contienen un colorante que reacciona a la radiación ultravioleta en presencia del agente fotocatalítico en el recubrimiento. Se aplican al producto recubierto (generalmente con un bolígrafo, pincel o barra de extracción) y muestran un cambio de color o desaparecen cuando se exponen a la radiación ultravioleta. El uso de un Paii basado en el tinte resazurina forma la base de una prueba estándar ISO para la actividad fotocatalítica.
Aplicaciones
Una tinta indicadora de la actividad del fotocatalizador identifica rápida y fácilmente la presencia de un fotocatalizador heterogéneo subyacente y proporciona una medida de su actividad. Un fotocatalizador heterogéneo es un material que utiliza energía de luz absorbida (generalmente UV ) para impulsar las reacciones deseadas que de otra manera no se producirían en condiciones ambientales. Los productos fotocatalíticos comerciales, que incluyen: vidrio arquitectónico, tejas de cerámica, tejas, cemento, pintura y telas, se comercializan por su capacidad para limpiar sus propias superficies (es decir , autolimpiables ) y el aire ambiente. Paiis aborda la necesidad de la industria de un método rápido, simple y económico para demostrar y evaluar las actividades de los recubrimientos fotocatalíticos, generalmente delgados e invisibles a la vista, presentes en los productos autolimpiantes. Un Paii , recubierto sobre la superficie de un material fotocatalizador bajo prueba, funciona a través de un mecanismo fotorreductor, en el que la luz absorbida por el fotocatalizador impulsa la reducción del tinte en el paii , produciendo así un cambio de color llamativo, que se puede medir a través del uso de una simple aplicación de cámara + teléfono móvil, en lugar de cualquier equipo analítico sofisticado. Los usos de paiis incluyen: (i) laboratorio, fábrica y control de calidad de productos fotocatalizadores comerciales en el sitio (ii) marketing, para la demostración rápida y sorprendente de la eficacia del recubrimiento fotocatalizador generalmente invisible y de acción lenta, (iii) falsificación detección y (iv) evaluación de nuevos materiales fotocatalíticos. El desarrollo y las aplicaciones de tales países se han revisado en detalle.
Fondo
La fotocatálisis heterogénea es el proceso que sustenta la actividad de la mayoría de los materiales arquitectónicos, como el vidrio, las tejas de cerámica, las tejas, el hormigón, la pintura y las telas, que se promocionan como 'autolimpiantes' (o 'purificadores de aire'). Estos materiales fotocatalíticos facilitan la mineralización oxidativa de especies orgánicas e inorgánicas por el oxígeno ambiental en sus superficies, dejando las superficies limpias y, por lo general, hidrófilas . En la mayoría de los productos fotocatalíticos comerciales, la capa activa es una capa delgada, transparente e incolora del semiconductor anatasa titania , que requiere luz ultravioleta para fotogenerar los electrones necesarios (e - ) y los huecos (h + ), en sus bandas de conductancia y valencia , respectivamente. , para promover el proceso fotocatalítico. En la figura 1 se ilustra un esquema de los procesos clave detrás de la mineralización fotocatalítica de un contaminante orgánico en la superficie de una película de fotocatalizador de titania y la reacción general se resume en:
(1)Las moléculas de agua, adsorbidas al fotocatalizador, también son necesarias para generar los grupos hidroxilo en la superficie.
La comercialización de productos fotocatalíticos y la prevención de la falsificación se dificulta porque los recubrimientos fotocatalíticos son habitualmente y necesariamente invisibles a la vista. Una forma de lograr una demostración visual de la fotocatálisis es utilizar un colorante, como el azul de metileno , disuelto en agua, como especie orgánica a mineralizar, ya que, a medida que avanza el proceso fotocatalítico, el color del colorante desaparece a medida que se oxida. Este enfoque forma la base de una prueba ISO bien establecida para la actividad fotocatalítica de las películas ISO. Sin embargo, la mayoría de los productos comerciales de fotocatalizadores utilizan solo una capa delgada de titania (por ejemplo, aproximadamente 15 nm de espesor en vidrio autolimpiante) y los niveles de UV ambiental son a menudo bajos (por ejemplo, para un día soleado en el Reino Unido, la irradiancia UVA es solo de aproximadamente 4). mW / cm 2 ). Como consecuencia, el blanqueamiento oxidativo fotocatalítico del azul de metileno suele ser muy lento, tarda muchas horas y, por lo tanto, no es apropiado para la comercialización.
Teoría
Las tintas indicadoras de actividad de fotocatalizador ( Paiis ) son un avance reciente en la demostración visual de fotocatálisis y la evaluación de la actividad de materiales fotocatalizadores. Son económicos, fáciles de usar y proporcionan una ruta muy rápida para demostrar la presencia de una película fotocatalítica, incluso bajo niveles bajos de luz ultravioleta. A diferencia del blanqueamiento fotooxidativo del azul de metileno, utilizan la película de fotocatalizador semiconductor subyacente para fotorreducir el tinte (D ox en la figura 2), en la capa de tinta, a otra forma (generalmente incolora), (D rojo en la figura 2) mientras oxidando simultáneamente una especie orgánica fácilmente oxidable, un donante de electrones de sacrificio (SED), como el glicerol, que también está presente en la tinta. La cinética de reducción del tinte en un paii se ha estudiado con gran detalle. La Figura 2 ilustra los principios básicos de funcionamiento de un Paii cuando se aplica a un producto que tiene una capa delgada de película de fotocatalizador.
Práctica
La tinta se aplica al recubrimiento del fotocatalizador, generalmente con un rotulador, un aerógrafo, un sello de goma, un pincel o una barra de extracción, y luego se expone a la luz solar o una fuente de luz alternativa apropiada. La tinta identifica la presencia del revestimiento de fotocatalizador cambiando de color tras la irradiación de este último a una velocidad (normalmente <10 min) que proporciona una medida de la actividad de la película.
Por ejemplo, se ha establecido que la tasa de cambio de color de un Paii en vidrio autolimpiante comercial está directamente relacionada con la tasa a la que el vidrio también es capaz de mineralizar fotooxidativamente, a través de la reacción (1) la cera- como, ácido graso natural, ácido esteárico , que se encuentra en las huellas dactilares. La velocidad del cambio de color rápido asociada con las tintas indicadoras de actividad fotocatalítica también se ha correlacionado directamente con la oxidación fotocatalítica del azul de metileno y NO x . También se ha demostrado que el análisis de color digital de fotografías que controlan el cambio de color de un paii se puede utilizar para extraer datos de absorbancia aparente que se correlacionan bien con los datos de absorción de UV-vis para la misma muestra, sin la necesidad de costosos instrumentos espectrofotométricos.
Haciendo que los tintes en la tinta sean cada vez más difíciles de reducir químicamente, por ejemplo usando: azul básico 66, resazurina y violeta ácido 7, respectivamente, es posible hacer Paiis que son efectivos en recubrimientos fotocatalizadores que exhiben, respectivamente: bajo ( la mayoría de las baldosas autolimpiables), actividades moderadas (autolimpiantes de vidrio) o altas (autolimpiantes pinturas). También se han reportado paiis basados en los colorantes 2,6-dicloroindofenol (DCIP) y azul de metileno.
| Teñir | Color (D ox ) | Color (D rojo ) | Referencia |
|---|---|---|---|
| Resazurina (Rz) | Azul | Rosado | |
| Azul básico 66 (BB66) | Azul | Incoloro | |
| Violeta ácido 7 (AV7) | Rosado | Incoloro | |
| Azul de metileno (MB) | Azul | Incoloro | |
| 2,6-dicloroindofenol (DCIP) | Azul | Incoloro |
Aplicaciones
| Video externo | |
|---|---|
 Aplicación de la nueva etiqueta Paii de SunCatalyst Laboratories
|
Paiis se puede utilizar como herramientas de marketing y control de calidad en el comercio y como una forma rápida y fácil de evaluar y / o mapear las actividades de nuevos materiales fotocatalíticos en la investigación. Además, también se ha demostrado que dichas tintas se pueden utilizar en superficies muy coloreadas y negras, siempre que la forma oxidada y / o reducida del tinte redox sea luminiscente, y que se puedan utilizar eficazmente para demostrar la actividad de la luz visible. fotocatalizadores. A la luz de la necesidad de realizar pruebas in situ de materiales fotocatalizadores comerciales, se han desarrollado etiquetas Paii que se pueden aplicar simplemente en el campo sobre cualquier superficie a probar, tanto en forma reutilizable como reutilizable. Una aplicación notable de Paiis es donde se ha aplicado una película uniforme a una superficie fotocatalítica, y se ha monitoreado y utilizado la variación en la tasa de cambio de color en la superficie para generar un mapa de superficie de la fotoactividad. Mediante este método se puede investigar la uniformidad de la actividad superficial e identificar los "puntos calientes" de fotoactividad. Variando la composición de la superficie de un fotocatalizador semiconductor a través de la propia superficie, se puede usar un mapa de superficie de fotoactividad de Paii para determinar la composición óptima que produce la mayor respuesta fotocatalítica.
El rápido cambio de color de Paiis los hace adecuados para aplicaciones tales como:
- Control de calidad (en laboratorio, fábrica e in situ);
- Márketing;
- Identificación falsificada;
- Evaluación de material de investigación.