Nieuwe muurverf reinigt zichzelf en zuivert de lucht

Sick building syndrome

Witte muurverf blijft meestal niet wit, omdat verschillende stoffen uit de lucht zich na verloop van tijd ophopen op het oppervlak. Hierdoor wordt de lucht na een tijdje schoner, maar door de kleurverandering moet er opnieuw geverfd worden. “In de binnenlucht komt een grote verscheidenheid aan verontreinigende stoffen voor," legt de TU Wien uit, “van resten van schoonmaakmiddelen en hygiëneproducten tot moleculen die worden geproduceerd tijdens het koken of die worden uitgestoten door materialen zoals leer. In sommige gevallen kan dit leiden tot gezondheidsproblemen, wat dan het ‘sick building syndrome’ wordt genoemd. "Jarenlang hebben mensen geprobeerd om aangepaste muurverven te gebruiken om de lucht te zuiveren", zegt professor Günther Rupprechter van het Instituut voor Materiaalchemie aan de TU Wien. "Nanodeeltjes van titaniumoxide zijn in deze context bijzonder interessant. Ze kunnen een breed scala aan verontreinigende stoffen binden en afbreken."

Fotokatalytisch actief

Volgens de universiteit zijn de nanodeeltjes fotokatalytisch actief en kunnen ze zonlicht niet alleen gebruiken om stoffen uit de lucht te binden, maar ook om ze daarna af te breken. De muur maakt de lucht dan ook schoner en reinigt zichzelf tegelijkertijd. Het toevoegen van gewone titaniumoxide nanodeeltjes aan de verf tast echter de duurzaamheid van de verf aan. Het team zegt dat, net zoals verontreinigende stoffen worden afgebroken door de nanodeeltjes, ze ook de verf zelf instabiel kunnen maken en scheuren kunnen veroorzaken. In het ergste geval kunnen er vluchtige organische verbindingen (VOC) vrijkomen, die op hun beurt schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid. De onderzoekers leggen uit dat deze nanodeeltjes zichzelf kunnen reinigen als ze bestraald worden met UV-licht, omdat TiO2 een fotokatalysator is die chemische reacties mogelijk maakt wanneer het aan geschikt licht wordt blootgesteld.

Het principe: 'van afval naar verf'

TU Wien / ACS - Het principe: 'van afval naar verf'

Extra atomen

De UV-straling creëert vervolgens vrije ladingsdragers in de deeltjes, die ervoor zorgen dat de gevangen verontreinigende stoffen uit de lucht in kleine deeltjes worden afgebroken en vrijkomen. Hierdoor worden de verontreinigende stoffen onschadelijk gemaakt, maar blijven ze niet permanent aan de muurverf kleven en blijft de kleur naar verluidt op lange termijn stabiel. In de praktijk is deze methode echter vervelend en onpraktisch, omdat de verf voortdurend met intens UV-licht bestraald zou moeten worden om het zelfreinigende proces aan te sturen. "Ons doel was daarom om deze deeltjes zo aan te passen dat het fotokatalytische effect ook door gewoon zonlicht kan worden opgewekt", legt Rupprechter uit. De wetenschappers hebben dit naar eigen zeggen bereikt door bepaalde extra atomen aan de TiO2 nanodeeltjes toe te voegen, zoals fosfor, stikstof en koolstof. De lichtfrequenties die door de deeltjes geoogst kunnen worden, veranderen dan en in plaats van alleen UV-licht wordt de fotokatalyse dan ook geactiveerd door gewoon zichtbaar licht.

Qaisar Maqbool (eerste auteur van het onderzoek) en Günther Rupprechter (Günther Rupprechter (professor van het Instituut voor Materiaalchemie aan de TU Wien)

TU Wien / ACS - Qaisar Maqbool (eerste auteur van het onderzoek) en Günther Rupprechter (Günther Rupprechter (professor van het Instituut voor Materiaalchemie aan de TU Wien)

Zonder dure grondstoffen

"We hebben dit fenomeen nu zeer gedetailleerd onderzocht met behulp van verschillende analysemethoden voor oppervlakken en nanodeeltjes", zegt Qaisar Maqbool, de eerste auteur van het onderzoek. "Op deze manier konden we precies laten zien hoe deze deeltjes zich gedragen, voor en nadat ze aan de muurverf zijn toegevoegd."

Het onderzoeksteam mengde de gemodificeerde nanodeeltjes van titaniumoxide met in de handel verkrijgbare muurverf en spoelde vervolgens een geverfd oppervlak af met een oplossing die verontreinigende stoffen bevat. Volgens de universiteit kon 96% van de verontreinigende stoffen vervolgens door natuurlijk zonlicht worden afgebroken. De kleur zelf verandert niet omdat de verontreinigende stoffen niet alleen gebonden, maar ook afgebroken worden met behulp van zonlicht. Bovendien combineert de verf verschillende duurzame voordelen, waaronder het verwijderen van verontreinigende stoffen uit de lucht en het langer meegaan dan andere verven. De verf is gemaakt zonder gebruik te maken van dure grondstoffen. "Bij katalyse worden bijvoorbeeld edelmetalen zoals platina of goud gebruikt. In ons geval zijn elementen die overal verkrijgbaar zijn echter voldoende. Om fosfor, stikstof en koolstof te verkrijgen, hebben we gedroogde afgevallen bladeren van olijfbomen gebruikt, en het titanium voor de nanodeeltjes van titaniumoxide is verkregen uit metaalafval, dat normaal gesproken gewoon wordt weggegooid", besluit Rupprechter.

De TU Wien zegt dat er nog meer experimenten worden uitgevoerd en dat het team van plan is om de muurverf op de markt te brengen. Het werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS Catalysis.