Farby i tynki, zawierające specjalne substancje aktywne, mogą rozkładać zanieczyszczenia powietrza. Takie materiały są już stosowane i dają dobre rezultaty, usuwając nawet bardzo szkodliwe substancje.
Nad rozwojem tej technologii pracuje dr hab. inż. Magdalena Janus, prof. Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego (ZUT). Dzięki wynikom jej badań ta innowacyjna metoda oczyszczania powietrza może stać się bardziej wydajna i tańsza. Prof. Janus badania na ten temat prowadziła w ramach stypendium NAWA na Politechnice Berlińskiej (TU Berlin) w Instytucie Building Materials and Construction Chemistry. Badaczka jest laureatką Programu im. Bekkera.
NAWA: Na czym polega innowacja, nad którą Pani pracuje?
dr hab. inż. Magdalena Janus, prof. ZUT: Moje badania skupiają się głównie nad fotoaktywnymi materiałami budowlanymi. Ta fotoaktywność nadawana jest przez wprowadzenie fotokatalizatora w matrycę materiału budowlanego, takiego jak np. gips czy cement. Fotokatalizatorem w moim przypadku jest ditlenek tytanu. Ditlenek tytanu na dużą skalę w Polsce produkowany jest przez Grupę Azoty Zakłady Chemiczne Police S.A. jako tzw. biel tytanowa, biały pigment wykorzystywany w wielu gałęziach przemysłu na przykład jako dodatek do farb, papieru, kosmetyków. Odpowiednia modyfikacja nadaje temu materiałowi fotoaktywność - aktywność inicjowaną przez światło, np. promieniowanie słoneczne. Pod wpływem światła na powierzchni takiego materiału powstają rodniki hydroksylowe, które są w stanie rozłożyć każdy związek organiczny do dwutlenku węgla i wody. W ramach badań w Berlinie do cementów wprowadzałam ditlenek tytanu modyfikowany azotem po to, aby materiał ten był bardziej wydajny.
Jakie jest zastosowanie cementów z dodatkiem fotokatalizatorów?
Cementy z dodatkiem fotokatalizatorów mogą oczyszczać powietrze z lotnych związków organicznych czy też z tlenków azotu. Ponadto cementy takie wykazują właściwości samooczyszczania powierzchni, jak również właściwości antybakteryjne. Dzięki takim materiałom z pomocą słońca możemy oczyszczać powietrze.
Zamiast jakich, bardziej tradycyjnych materiałów będzie można zastosować te cementy?
Z zastosowaniem takich cementów można przygotowywać tynki. Ważne jest tylko, aby w składzie tynków nie było żadnych związków organicznych. Katalizator niszczy bowiem wszystkie związki organiczne, z którymi ma kontakt. Jeśli więc w składzie cementu znajdą się związki organiczne, katalizator będzie również je rozkładał, co zmniejszy wydajność oczyszczania powietrza. Z użyciem takiego materiału można przygotowywać też betony oraz kostkę brukową. Ważne jest to, aby powierzchnia takich betonów nie była niczym pokrywana, gdyż reakcje rozkładu zanieczyszczeń zachodzą na powierzchni materiałów.
W Japonii podobne materiały stosuje się od 30 lat. Stopniowo rozpowszechniają się one również w innych regionach świata. Katalizatory są w stanie rozkładać najtrudniejsze zanieczyszczenia, nawet bardzo trujące, takie, z którymi np. nie dają sobie rady bakterie.
Jak stypendium NAWA wpłynęło na Pani rozwój naukowy?
Stypendium zdecydowanie wpłynęło na mój rozwój naukowy. Moim opiekunem merytorycznym był profesor Dietmar Stephan – dyrektor instytutu, w którym odbywałam badania. Profesor jest chemikiem, ale pracuje w instytucie budownictwa, więc pod jego kierunkiem odbywają się prace interdyscyplinarne. Dzięki przeprowadzonym badaniom powstały dwie publikacje:
1) M. Janus, S. Mądraszewski, K. Zając, E. Kusiak-Nejman, Antoni W. Morawski, Dietmar Stephan Photocatalytic activity and mechanical properties of cements modified with TiO2/N, Materials 12(22) (2019) 3756
2) M. Janus, K. Zając, C. Ehm, D. Stephan, Fast method for testing the photocatalytic performance of modified gypsum, 9(8) (2019) 693
Kolejna publikacja jest obecnie w recenzji w czasopiśmie "Materials":
3) M. Janus, S. Mądraszewski, K. Zając, E. Kusiak-Nejman, A new method of photoactive cement preparation
Opracowałam też pomysł na nową modyfikację składu fotoaktywnych cementów, który może sprawić, że będą one znacznie tańsze. To jednak wymaga dalszych badań. Natomiast testowany przez nas w Berlinie fotokatalizator modyfikowany azotem jest już gotowy do produkcji na skalę przemysłową.
Jeśli miałaby Pani zachęcić innych naukowców do udziału w Programieim. Bekkera, to jaka jest największa wartość z pobytu na stypendium NAWA?
Największą wartością dla mnie w wyjazdach zagranicznych jest przeniesienie się do laboratoriów w innych krajach i obserwacja sposobu pracy i prowadzenia badań. Wiele dobrych rozwiązań można później przenieść na swoją macierzystą uczelnię. Na pewno bardzo duże znaczenie ma poznanie nowych ludzi, co skutkuje dalszą współpracą. W 2020 roku wspólnie z TU Berlin złożyłam w Narodowym Centrum Nauki wniosek o finansowanie projektu. Po moim pobycie w Berlinie wiem, że jeżeli potrzebowałabym wykonać badania w tamtejszych laboratoriach, to mogę to zrobić w każdej chwili, tym bardziej że mój były dyplomant obecnie jest doktorantem profesora Stephana i jest zatrudniony w jednym z jego projektów.
Dziękujemy za rozmowę.
Dr hab. inż. Magdalena Janus, prof. ZUT, jest chemikiem zajmującym się fotokatalizą a w szczególności otrzymywaniem i badaniem fotoaktywnych materiałów budowlanych. Badania dotyczą zastosowania fotoaktywnych materiałów budowlanych w oczyszczaniu powietrza z lotnych związków organicznych i tlenków azotu. Dr hab. inż. Magdalena Janus ukończyła studia na kierunku technologia chemiczna Politechniki Szczecińskiej (obecnie Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie). Była dwukrotnie stypendystką Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, otrzymała stypendium dla wybitnych młodych naukowców oraz nagrodę Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego pierwszego stopnia za osiągnięcia naukowe w 2013 roku. W 2018 roku została beneficjentem pierwszej edycji Programu im. Bekkera (NAWA), dzięki któremu realizowała półroczny projekt badawczy w grupie prof. Dietmara Stephana w TU Berlin.
Jak dostać grant NAWA w ramach Programu im. Bekkera?
Szczegółowe informacje o programie NAWA znajdują się TUTAJ
Zdjęcie: archiwum prywatne prof. Magdaleny Janus.