Ô nhiễm không khí ngày càng lan rộng ra các khu vực khác nhau. Việc sử dụng các thiết bị và công nghệ hiện đại để hỗ trợ tình trạng không khí bị ô nhiễm không còn quá xa lạ. Một trong số những công nghệ ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu chất lượng không khí là công nghệ Photocatalytic. Vậy công nghệ Photocatalytic có điểm gì đặc biệt?
1. Công nghệ Photocatalytic
Công nghệ Photocatalytic là một phương pháp sử dụng tác động của ánh sáng để kích hoạt quá trình phản ứng hóa học trên bề mặt của một vật liệu được gọi là photocatalyst (chất xúc tác quang hóa). Photocatalyst có khả năng hấp thụ ánh sáng và sử dụng năng lượng từ ánh sáng để khởi tạo hoặc tăng cường quá trình phản ứng hóa học. Công nghệ sử dụng đèn UV và xúc tác với Tio2 để biến đổi chất độc hóa học thể khí thành không độc, có tác dụng nhất định với vi sinh vật.
Công nghệ Photocatalytic sử dụng đèn UV và Tio2
Công nghệ Photocatalytic ra đời vào những năm 1972. Trong thập kỷ đó, nhà khoa học Nhật Bản Akira Fujishima và đồng nghiệp của ông đã phát hiện rằng khi titanium dioxide (TiO2) tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nó có khả năng phân hủy chất hữu cơ và làm sạch không khí. Đây được coi là khởi đầu cho công nghệ Photocatalytic và mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới.
Trong những năm gần đây, công nghệ Photocatalytic đã được phát triển và áp dụng phổ biến trong các lĩnh vực khác nhau. Sự quan tâm đến Photocatalytic tập trung vào việc sử dụng vật liệu bán dẫn làm chất xúc tác quang để loại bỏ nồng độ xung quanh của các chất hữu cơ và vô cơ khỏi các hệ thống nước hoặc khí trong các ứng dụng làm sạch môi trường. Điều này là nhờ khả năng của TiO2 trong việc oxy hóa các chất hữu cơ, vô cơ trong không khí và nước thông qua các quá trình oxy hóa khử.
2. Nguyên lý hoạt động của công nghệ Photocatalytic
Nguyên lý hoạt động của công nghệ Photocatalytic dựa trên quá trình quang hóa (photocatalysis). Công nghệ Photocatalytic thường sử dụng các vật liệu semiconductor như titanium dioxide (TiO2) làm photocatalyst.
Ánh sáng kích thích photocatalyst (Tio2) để tạo ra các cặp electron lỗ trống có khả năng tham gia các quá trình hóa học. Dưới tác động của ánh sáng, photocatalyst hấp thụ năng lượng và electron của nó được kích thích từ vùng valence (vùng năng lượng của các electron bên ngoài của một nguyên tử trong một phân tử hoặc chất) lên vùng dẫn, tạo ra lỗ trống trong vùng valence.
Sơ đồ kích thích chất bán dẫn bằng chiếu sáng vùng cấm tạo ra “electron lỗ trống”
Cặp electron lỗ trống này có thể tham gia vào các quá trình oxi hoá khử, phân hủy chất hữu cơ và diệt khuẩn. Khi photocatalyst tiếp xúc với chất hữu cơ hoặc các chất gây ô nhiễm khác, electron được truyền từ vùng dẫn của photocatalyst vào chất gây ô nhiễm, gây quá trình oxi hoá khiến chất gây ô nhiễm bị phân hủy thành các sản phẩm không độc.
Nguyên lý hoạt động của công nghệ Photocatalytic
3. Ưu và nhược điểm công nghệ Photocatalytic
3.1. Ưu điểm
Công nghệ Photocatalytic có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, vi khuẩn, oxyde nito và khử các chất gây ô nhiễm khác với hiệu suất cao. Công nghệ có thể làm sạch không khí và nước, loại bỏ mùi hôi và các chất gây ô nhiễm độc hại.
Công nghệ Photocatalytic hiệu quả đối với các chất hữu cơ như các hợp chất hữu cơ trong nước thải, hợp chất hữu cơ trong không khí (khí độc từ phương tiện giao thông) và các chất gây ô nhiễm khác như phenol, formaldehyde, các dioxin, các chất khử trùng và một số loại vi khuẩn.
Công nghệ Photocatalytic loại bỏ các chất khí ô nhiễm
Công nghệ có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xử lý nước thải, làm sạch không khí, sản xuất năng lượng tái tạo và diệt khuẩn.
Công nghệ Photocatalytic sử dụng năng lượng mặt trời làm nguồn năng lượng chính để kích hoạt quá trình phản ứng, hầu như không cần sử dụng năng lượng từ các nguồn không tái tạo góp phần tăng tính bền vững của công nghệ.
Xem thêm: Intellipure Ultrafine – Siêu phẩm lọc không khí thế hệ mới
3.2. Nhược điểm
Công nghệ Photocatalytic có tác dụng tốt đối với một số loại chất độc hoá học nhất định và khả năng xử lý của nó có thể khác nhau đối với từng chất độc cụ thể. Photocatalyst thường được thiết kế để phân hủy chất hữu cơ và diệt khuẩn. Có một số yếu tố như cấu trúc hóa học của chất độc, sự tương tác với photocatalyst, bước sóng ánh sáng phù hợp và điều kiện xử lý có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của công nghệ.
Quá trình lọc có thể làm sản sinh CO2
Công nghệ Photocatalytic sản sinh CO2 và các mảnh vụn nhỏ trong quá trình lọc. Công nghệ Photocatalytic không trực tiếp sản sinh CO2. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng công nghệ có thể sản sinh thông qua quá trình sản xuất năng lượng để tiêu thụ và quá trình phản ứng phụ.
Để kích hoạt quá trình photocatalytic, cần có nguồn ánh sáng để kích thích photocatalyst. Nếu nguồn ánh sáng xuất phát trong các nguồn năng lượng không tái tạo như năng lượng điện từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch, việc sử dụng công nghệ Photocatalytic có thể góp phần vào sản sinh CO2 từ quá trình sản xuất năng lượng.
Trong quá trình photocatalytic có thể xảy ra các quá trình phản ứng phụ mà sản phẩm là CO2 như các chất hữu cơ được phân hủy bởi photocatalyst thành CO2 và nước.
Ngoài ra, một số photocatalyst có hiệu suất quang hóa thấp chỉ hấp thụ một phần nhỏ năng lượng ánh sáng và tạo ra một số lỗ trống electron làm giảm hiệu suất của quá trình phản ứng.
Xem thêm: Bạn có cần một chiếc máy lọc không khí cho mỗi phòng không?
4. Ứng dụng công nghệ Photocatalytic
Công nghệ Photocatalytic có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Công nghệ Photocatalytic được sử dụng để xử lý nước thải, loại bỏ các chất hữu cơ, vi khuẩn và các chất gây ô nhiễm khác trong nước.
Công nghệ Photocatalytic có khả năng làm sạch không khí bằng cách phân hủy các chất gây ô nhiễm bao gồm khí thải xe hơi, hợp chất hữu cơ bay hơi và các chất gây mùi hôi. Photocatalytic có thể được áp dụng trong các hệ thống, thiết bị làm sạch không khí như hệ thống thông gió và máy lọc không khí.
Công nghệ Photocatalytic cũng có thể được sử dụng trong các quá trình sản xuất năng lượng tái tạo như quá trình phân hủy nước để tạo ra hydro và oxy, hoặc trong các ứng dụng điện quang như điện quang nước để tạo ra năng lượng điện.
Công nghệ Photocatalytic cũng có thể được sử dụng trong các ứng dụng tẩy trắng và tự làm sạch như trong sản xuất giấy, dệt nhuộm và làm sạch bề mặt.
Công nghệ Photocatalytic được ứng dụng trong máy lọc không khí
Công nghệ Photocatalytic là công nghệ phổ biến trong quá trình lọc sạch không khí và xử lý nước thải. Công nghệ này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau để cải thiện môi trường. Tuy nhiên, khi sử dụng Photocatalytic, bạn cần lưu ý một số ảnh hưởng có thể làm phát sinh các chất độc hại trong không khí và suy giảm sức khỏe con người.
Tìm hiểu và cập nhật những thông tin mới nhất về không khí tại đây.
THAM KHẢO
[1] US EPA, ORD. “Final Report | Photocatalytic AIR Cleaner for Indoor Air Pollution Control | Research Project Database | Grantee Research Project | ORD | US EPA.” Cfpub.epa.gov, cfpub.epa.gov/ncer_abstracts/index.cfm/fuseaction/display.abstractDetail/abstract_id/1311/report/F. Accessed 15 June 2023.
[2] Al-Nuaim, Marwah A., et al. “The Photocatalytic Process in the Treatment of Polluted Water.” Chemical Papers, 3 Oct. 2022, https://doi.org/10.1007/s11696-022-02468-7.
[3] Ibhadon, Alex, and Paul Fitzpatrick. “Heterogeneous Photocatalysis: Recent Advances and Applications.” Catalysts, vol. 3, no. 1, 1 Mar. 2013, pp. 189–218, core.ac.uk/download/pdf/151159346.pdf, https://doi.org/10.3390/catal3010189.
