Fotokatalityczne materiały, które oczyszczą wodę i powietrze | Politechnika Gdańska

Zjawiskiem fotokatalizy na Politechnice Gdańskiej zajmuje się zespół prof. Anny Zielińskiej-Jurek z Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Chemicznej Wydziału Chemicznego. Zajmuje się on problemami środowiskowymi i działa w kierunku ekoinnowacyjności, m.in. opracowując nowe materiały fotokatalityczne. Mianem takiego materiału określa się materiał półprzewodnikowy, który absorbuje promieniowanie słoneczne. Zgromadzony w ten sposób ładunek może zostać przekształcony w reaktywne formy tlenu. Te z kolei są w stanie bardzo efektywnie utleniać zanieczyszczenia obecne w wodzie czy powietrzu.

Fotokataliza w walce z farmaceutykami

Do zespołu prof. Zielińskiej-Jurek należy m.in. mgr inż. Marta Kowalkińska, absolwentka uczelni, a obecnie doktorantka w Szkole Doktorskiej. Młoda chemiczka zajmuje się przede wszystkim syntezą, charakterystyką i zastosowaniem nowych materiałów fotokatalitycznych do degradacji uporczywych zanieczyszczeń. Opracowała fotokatalizator, który poprzez swoją morfologię eliminuje zanieczyszczenia organiczne w wodzie. Udało jej się z dużą skutecznością zdegradować naproksen – jeden z popularniejszych środków przeciwbólowych i przeciwzapalnych, będący m.in. składnikiem maści.

– Zarówno na wcześniejszym etapie, jak i teraz, podczas realizacji pracy doktorskiej, moja praca skoncentrowana jest głównie na syntezie nowych materiałów i zastosowaniu fotokatalizy do rozkładu trwałych zanieczyszczeń obecnych w wodzie i powietrzu – wyjaśnia mgr Marta Kowalkińska, badaczka z Wydziału Chemicznego PG. – W szczególności skupiam się na rozkładzie farmaceutyków, niepodatnych na rozkład biologiczny w konwencjonalnych systemach oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych. Tymi farmaceutykami są m.in. naproksen, ibuprofen czy paracetamol, czyli popularne środki, stosowane w lekach przeciwbólowych, które dostępne są bez recepty i z których wielu z nas na co dzień korzysta.

Jak podkreślają chemiczki, organizm człowieka częściowo metabolizuje te związki farmaceutyczne. Metabolity te jednak nie zawsze są podatne na rozkład biologiczny. Co więcej, część związków wydalana jest z naszego organizmu w formie niezmienionej.

– Choć farmaceutyki w ściekach nie występują w dużych stężeniach, to mogą ulegać bioakumulacji w wodzie, czy biomagnifikacji w środowisku, powodując toksyczność i w różny sposób wpływając na organizmy żywe – wyjaśnia prof. Anna Zielińska-Jurek, chemiczka z Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Chemicznej Wydziału Chemicznego PG. – Zależy nam na tym, żeby opracować takie technologie, dzięki którym te substancje zostaną wyeliminowane ze ścieków oraz z wód powierzchniowych.

Czyste powietrze i ekologiczny asfalt

Badania podejmowane przez zespół prof. Zielińskiej-Jurek nie dotyczą jednak jedynie wody.

– Nasz zespół opracował fotokatalizator, zdolny do eliminowania szerokiego spektrum zanieczyszczeń powietrza: tlenków azotu, benzo(α)pirenu obecnego w pyłach oraz lotnych zanieczyszczeń organicznych. Co ważne, nasze rozwiązanie jest innowacyjne w skali całego świata – wyjaśnia prof. Zielińska-Jurek – Fotokatalizator jest w stanie eliminować te zanieczyszczenia pod wpływem promieniowania słonecznego. Światło UV jest drogie i jest go bardzo mało w spektrum promieniowania słonecznego, mianowicie jedynie 3-5%. Dlatego chcemy zwiększyć wydajność procesu poprzez aktywację materiału w świetle widzialnym. Nad wprowadzeniem tego rozwiązania ściśle współpracujemy z PKN Orlen S.A. – dodaje.

Mgr inż. Kowalkińska jest również wykonawcą w projekcie „Ekologiczne asfalty”, realizowanym w ramach programu „Szybka ścieżka” (NCBiR). Obecnie przygotowywane jest na Politechnice Gdańskiej zgłoszenie patentowe, dotyczące syntezy i zastosowania opracowanego dodatku ekologicznego do asfaltu.

– Fotokatalizatory mogą być stosowane do modyfikacji na różnych powierzchniach, nadając im nowe właściwości. W tym przypadku jest to asfalt modyfikowany dodatkiem ekologicznym w postaci fotokatalizatora, aktywowanego światłem słonecznym – tłumaczy mgr Kowalkińska. – Nawierzchnia będzie zawierała warstwę zdolną do degradacji zanieczyszczeń, a więc na przykład tlenków azotu, należących do najgroźniejszych związków zanieczyszczających atmosferę, emitowanych m.in. w trakcie spalania paliw kopalnych oraz z transportu samochodowego.

Szereg nagród i publikacji

Efektem pracy młodej chemiczki są publikacje naukowe w wysoko ocenianych międzynarodowych czasopismach, takich jak: Chemical Engineering Journal, Applied Surface Science, Catalysis Today czy The Journal of Physical Chemistry C, a także nagrody w prestiżowych konkursach. Pod koniec ubiegłego roku za swoje osiągnięcia mgr Kowalkińska otrzymała wyróżnienie w ogólnopolskim konkursie EKOinnowatorzy, a rok wcześniej wyróżnienie w konkursie im. Romualda Szczęsnego. Badaczka jest również jedną z 6 osób na świecie, które wchodzą w skład komitetu organizacyjnego szkoły letniej dla młodych naukowców, organizowanej przy okazji najważniejszej konferencji w tej dziedzinie nauki – 8th International Conference on Semiconductor Photochemistry organizowanej we wrześniu tego roku w Strasbourgu, we Francji.