Caratteristiche dei substrat

Come descritto nel paragrafo precedente, si possono realizzare vari tipi di substrati funzionalizzati con biossido di titanio nanoparticellare. Le proprietà funzionali di queste superfici trattate è legato alle caratteristiche chimico-fisiche del substrato. L’effetto fotocatalitico prodotto dal coating di nano titanio sui diversi substrati è connesso al tipo di materiale di cui sono composti, oltre naturalmente alla struttura del film. E’ stato osservato che superfici di vetri, gres levigati, smalti ceramici e di smalto porcellanato hanno ottime proprietà autopulenti; questo effetto è strettamente legato all’effetto super-idrofilico del coating di biossido di titanio: la diminuzione dell’angolo di contatto acqua-substrato a valori inferiori a 5° produce un film sottile del liquido favorendone lo scorrimento e quindi la pulizia. La formazione sotto irraggiamento di

sugli inquinanti organici ed inorganici, aiutando la rimozione dei residui mineralizzati (nel caso di composti come i NOx) e carboniosi come nel caso delle sostanze

organiche. Da un punto di vista industriale, l’effetto “self-cleaning” è molto interessante se applicato, ad esempio, alla realizzazione di grandi superfici esterne esposte agli effetti dello smog, per le quali la manutenzione può risultare difficoltosa ed economicamente gravosa. Tali rivestimenti manifestano anche attività “anti- pollution” ma la loro bassa porosità non permette alle sostanze gassose di adsorbirsi sulla superficie, condizione necessaria a favorire un aumento del tempo di contatto della sostanza inquinante con il catalizzatore.

I fenomeni fotocatalitici coinvolti nella degradazione di sostanze gassose avvengono tra fasi eterogenee, non è da trascurare quindi il fattore legato alla superficie specifica del supporto che, nel caso di materiali porosi, è assai più elevata. Nel caso in cui si voglia enfatizzare l’attività anti smog di una superficie, la scelta del substrato è di fondamentale importanza, in questo caso materiali porosi come i calcari od il marmo hanno evidenziato una elevata capacità di “de-pollution”. L’applicazione su pietre naturali di nano titanio fotocatalitico svolge anche un ruolo di protettivo nei confronti dello stesso substrato inibendo lo sviluppo sulla superficie di batteri, muffe ed altri microrganismi responsabili del degrado superficiale. Questo comportamento è particolarmente importante nell’ambito della protezione di beni culturali realizzati con materiali lapidei da agenti antropici e naturali. Anche gli smalti ceramici, smalti porcellanati e materiali ceramici avanzati ad elevata porosità si rivelano molto adatti alle applicazioni per l’abbattimento degli inquinanti ambientali. L’applicazione di TIO2 su di uno smalto appositamente studiato per questo tipo d’impiego produce un

substrato con elevata resistenza chimico-fisica e con una pronunciata l’attività di “de- pollution” rispetto ad un supporto tradizionale. Un esempio ancora più interessante è rappresentato dai materiali ceramici avanzati come quelli con strutture reticolari e/o alveolari, in questo caso essi possono svolgere in maniera molto efficiente il ruolo di filtri attivi impiegabili sia nella depurazione dell’aria che in alcuni fasi della depurazione dell’acqua.

Spesso la formazione di una struttura bidimensionale di TiO2 su un supporto rigido

può ridurre la sua efficienza fotocatalitica. Questa diminuzione di attività è da correlare a una serie di fattori sotto riportati:

• riduzione della superficie attiva[47]

• limitato trasferimento degli inquinanti[48-50]

• presenza di impurità cationiche estranee (Si4+, Na+, Cr3+, Fe3+) durante la deposizione del catalizzatore che porta ad un incremento di velocità di ricombinazione tra coppie elettrone-lacuna fotogenerate[51-53].

Per questa ragione, l’utilizzo di sospensioni acquose di cristalli di nano-anatasio puro ed il controllo delle dimensioni particellari e della loro distribuzione granulometrica portano ad un miglioramento dell’efficienza foto-catalitica, oltre a ciò è molto importante scegliere la corretta tecnica applicativa in base al substrato da trattare. Possiamo riassumere le strategie per sviluppare efficienti supporti strutturati con il TiO2 nei seguenti punti

1 Corretta strategia di immobilizzazione del foto catalizzatore

E’ stato notato che l’applicazione su materiali ceramici e vetrosi deve far uso di cicli termici appropriati (generalmente nelle vicinanze della temperatura tura di transizione vetrosa) in modo che la nano struttura si possa fissare alla superficie rimanendo attiva. Per altri tipi di supporti come i materiali ceramici fibrosi o materiali tessili, è stato invece necessario utilizzare tecniche di impregnazione come il “dip coating” o lo “spray gun”.

Nel caso di superfici plastiche è spesso necessario funzionalizzare la superficie della nano particella con gruppi chimici ( tipo –NH2 o –COOH) per permettere un

2 Incremento dell’area specifica del catalizzatore

L’ottimizzazione della superficie di contatto del foto-catalizzatore con l’atmosfera si realizza utilizzando da una parte sospensioni monodisperse di nanoparticelle prive di aggregati e di precipitati, e dall’altra utilizzando appropriati solventi e tensioattivi che permettano l’appplicazione di un coating con maggiore struttura nanometrica possibile.

3 incremento della capacità di assorbimento e dell’area superficiale del foto catalizzatore

In questo caso si può lavorare sulla superficie del substrato aumentandone l’area superficiale. Nel corso di questo lavoro è stato notato come la micro-strutturazione delle superfici di smalti porcellanati ( ad es. rendendo poroso – cioè ad alta area specifica- uno smalto) possa portare ad un considerevole aumento della efficacia foto catalitica.

4 Modifica della selettività della reazione fotocatalitica.

L’opportuno drogaggio del biossido di titanio e/o l’utilizzo di applicazioni miste di nano ossidi e metalli migliorano la capacità selettiva di assorbimento di specifiche specie chimiche, aumentandone il tempo di contatto e quindi l’efficienza degradativa.