Najistotniejszy jest, rzecz jasna, stworzony przez nas w laboratorium materiał” mówi prof. Colmenares. „Nie tylko adsorbuje z powietrza toksyczne opary, lecz dzięki właściwościom fotokatalitycznym również rozbija je na mniej toksyczne związki”. Stworzony przez zespół materiał składa się z dwóch stosunkowo tanich i łatwych do pozyskania substancji: dwutlenku tytanu i tlenku grafitu. „Chcieliśmy, żeby nasz wynalazek był powszechnie dostępny”, wyjaśnia profesor, „a do tego przyjazny środowisku”. Absolutną innowacją było w tym przypadku zastosowanie ultradźwięków. To one zmusiły dwa składniki – organiczny i nieorganiczny – do współpracy. Tlenek grafitu wyłapuje cząstki toksyn, a dwutlenek tytanu unieszkodliwia je dzięki fotokatalizie. Dodatkowo zastosowanie ultradźwięków znacząco zwiększa aktywną powierzchnię nowego materiału i wprowadza do niej defekty, co sprawia, że skuteczność w unieszkodliwianiu toksyn z powietrza znamiennie rośnie. „Dzięki falom ultradźwiękowym udało nam się uzyskać świetne rozproszenie cząstek, a warstwa tlenku grafitu szczelnie otula powierzchnię dwutlenku tytanu” opowiada prof. Colmenares. Pierwotnie materiał miał być wykorzystywany jako dodatkowa warstwa w maskach przeciwgazowych dla żołnierzy. Można go także wbudować w tekstylia tworząc mundury chroniące noszących je żołnierzy przed gazowymi toksynami na polu walki. Sam wychwyt zachodzi równie dobrze przy świetle jak i po ciemku, ale unieszkodliwianie gazów bojowych wymaga oświetlenia. Dzień bitwy musiałby zatem być słoneczny albo mundur musiałby mieć dodatkowe, LED-owe oświetlenie uaktywniające fotokatalizę.

Choć jednak badanie przeprowadzono na środkach bojowych, potencjalne zastosowania wynalazku mogą być o wiele szersze i... bardziej pokojowe.

Można by na przykład szyć uniformy chroniące pracowników fabryk przed toksycznymi wyziewami.„Na jeden kombinezon wystarczyłyby miligramowe ilości” wyjaśnia profesor, „o ile byłyby one równomiernie rozproszone w materiale. Jedyny minus jest taki, że potencjalne tkaniny nośnikowe musiałyby być raczej poliestrem niż lnem czy bawełną” dodaje. Naukowcy musieliby też znaleźć sposób na trwalsze zespolenie swojego nanomateriału z nośnikiem, bo ubrania trzeba prać, a wiadomo, że niemal 35% mikroplastiku w środowisku pochodzi z pranych syntetyków. „Nie chcemy, żeby nasz wynalazek skończył w rzekach i morzach” mówi prof. Colmenares. „Chcemy, żeby był ekologiczny na każdym etapie, nie tylko wtedy, kiedy rozprawia się z toksynami”. Na szczęście współautorzy niniejszej pracy, dr Dimitrios A. Giannakoudakis i inni członkowie zespołu już wcześniej wykazali, że dzięki sonifikacji, czyli działaniu ultradźwięków, substancję aktywną można w łatwy sposób trwale łączyć zarówno z bawełną jak i ze sztucznym włóknem.

Przy odpowiedniej modyfikacji technologię opisaną w Chemical Engineering Journalmożna by wykorzystać nie tylko do oczyszczania powietrza, ale także wody i gleby. „Jeszcze nie badaliśmy tych możliwości,” mówi prof. Colmenares, „ale powodzenie zależy głównie od tego, czy będziemy w stanie bezpiecznie osadzać nasz nanomateriał na potencjalnych nośnikach. W końcu oczyszczając wodę np. z fenolu nie chcielibyśmy ‘wzbogacić jej’ w nasze tlenki, choć w teorii ani TiO2, ani tlenek grafitu nie są toksyczne dla ludzi,” wyjaśnia naukowiec. „W końcu, kto z nas w dzieciństwie nie żuł ołówka”, dodaje z uśmiechem.

Gdyby udało się usunąć tę przeszkodę, możliwości stałyby się praktycznie nieograniczone. Nowy materiał mógłby oczyszczać ścieki w zakładach papierniczych i koksowniach, a nawet neutralizować zalegające na dnie Bałtyku chemikalia z II Wojny Światowej. „Na razie celujemy w oczyszczalnie ścieków”, opowiada profesor. „Fotokataliza i nanokompozyty mogą działać tam, gdzie dla mikrobów otoczenie jest zbyt toksyczne”.

Największym wyzwaniem byłaby fotokataliza gleby, ale przy odpowiednim mieszaniu, napowietrzaniu, naświetlaniu i właściwym fotokatalizatorze, opracowanym np. tylko do rozkładania herbicydów albo pestycydów, nawet i to można sobie z łatwością wyobrazić.

Czystsze powietrze jest w zasięgu ręki. Na czystszą wodę i glebę trzeba nam będzie poczekać nieco dłużej, ale naukowcy z IChF PAN są dopiero na początku krucjaty o lepsze, czystsze środowisko.

k

Badanie było prowadzone przy wsparciu projektu OPUS-13 nr 2017/25/B/ST8/01592 Narodowego Centrum Nauki oraz projektu Miniatura 2 nr 2018/02/X/ST5/03531