Fotocatalisi: depurare in modo naturale

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Fotocatalisi: depurare in modo naturale2019-01-05T21:58:21+00:00

La fotocatalisi

Per migliorare la qualità dell’aria esistono due modalità basate su principi naturali: la fotosintesi e la fotocatalisi. Sono due modalità complementari che si attivano grazie alla luce solare. La fotosintesi ha come effetto principale quello di aumentare la quantità di ossigeno nell’atmosfera. La fotocatalisi ha l’effetto di ridurre inquinanti e agenti patogeni trasformandoli in sali minerali inerti e innocui.

Nella fotocatalisi il Biossido di Titanio favorisce la reazione senza esaurirsi, non si disperde nell’atmosfera ma diventa parte integrante del materiale su cui viene apposto, sia nel caso in cui sia stato applicato nel processo di lavorazione sia nel caso in cui venga applicato successivamente (ad esempio per irrorazione o pittura).

Grazie all’energia luminosa, il TiO2 provoca la creazione di reagenti fortemente ossidanti (ioni ossidrili) che sono in grado di decomporre le sostanze organiche e inorganiche (esempio NOX o PM) presenti nell’atmosfera favorendo così una rapida decomposizione degli inquinanti presenti nell’ambiente ed evitandone l’accumulo.

Le sostanze tossiche abbattute dalla fotocatalisi sono:

  • Composti inorganici: NOX; SOX; CO; NH3; CH3S; H2S
  • Composti organici clorurati: CH2Cl2; CHCl3; CCl4; 1,1-C2H4Cl2; 1,2-C2H4Cl2; 1,1,1-C2H3Cl3; 1,1,2-C2H3Cl3; 1,1,1,2-C2H2Cl4; 1,1,2,2-C2H2Cl4; 1,2-C2H2Cl2; C2HCl3; C2Cl4; diossine; clorobenzene; clorofenolo.
  • Composti organici: CH3OH; C2H5OH; CH3COOH; CH4; C2H6,C3H8; C2H4; C3H6; C6H6; fenolo; toluene; etilbenzene; o-xilene; m-xilene; fenantrochinone.
  • Pesticidi: Tradimefon; Pirimicarb; Asulam; Diazinon; MPMC; Atrazina.
  • Altri composti: batteri; virus; PM.

Esse vengono trasformate, attraverso il processo di fotocatalisi, in: calcare CaCO3, nitrati e nitriti di sodio, nitrati e nitriti di calcio, carbonati di sodio Ca(NO3)2 : sali misurabili in parti per miliardo, assolutamente innocui e facilmente dilavabili dalla pioggia.


Innocuità

  • Il titanio è il nono elemento più comune nella crosta terrestre. All’incirca il 95% del titanio viene consumato in forma di biossido di titanio.
  • Il biossido di titanio si forma dalla reazione del titanio con l’ossigeno dell’aria e viene utilizzato da circa 100 anni in un vasto numero e tipo di prodotti. Viene comunemente applicato a livello mondiale tra gli altri come additivo colorante per uso alimentare (sigla E171), nei cosmetici (contenuto in oltre 20.000 prodotti, dai dentifrici alle creme abbronzanti), in protesi ed impianti dentari, nelle plastiche e nei materiali per l’edilizia: il biossido di titanio rappresenta il più comune elemento utilizzato per il bianco a livello mondiale
  • Il suo utilizzo si è diffuso nel mondo soprattutto per la sua non tossicità e per la sua luminosità che consente di amplificare la brillantezza e la chiarezza di molti materiali. Il biossido di titano è chimicamente inerte: non reagisce con altre sostanze chimiche, rappresentando così un elemento stabile che può essere usato in numerose applicazioni.
  • Il biossido di titanio nanometrico viene anche utilizzato come catalizzatore. Gli usi principali includono l’industria automobilistica per rimuovere le emissioni nocive dei gas di scarico e la rimozione degli ossidi di azoto nelle nelle centrali elettriche.

Il biossido di titanio può essere usato per decomporre gli inquinanti ambientali per fotocatalisi. Come fotocatalizzatore il biossido di titanio può essere aggiunto a vernici, cementi, finestre per scomporre inquinanti ambientali.

  • La sua forte attività fotocatalitica, dovuta alle sue caratteristiche chimiche e fisiche, è stata oggetto di numerosi studi già a partire dal 1972 in Giappone. In particolare il TiO2 è risultato il catalizzatore più efficace, rispetto ad altri impiegati, nella degradazione di molti contaminanti di interesse.
  • Il biossido di titanio è classificato come non pericoloso dalle Nazioni Unite (ONU) secondo quanto riportato dal Globally Harmonized System e secondo il Labeling of Chemicals (GHS).
  • Vi sono più di 9000 brevetti e 34.000 articoli e studi scientifici pubblicati riguardanti il TiO
  • Più di 30 convegni internazionali sono stati organizzati sull’utilizzo del Biossido di Titanio per il trattamento dell’aria e dell’acqua.
  • Il Biossido di Titanio è approvato e utilizzato dalla NASA.
  • L’FDA ne approva l’utilizzo come componente di Dispositivi Medici di classe II
  • La NSF The Public Health and Safety Organization lo ha registrato come sicuro per le superfici
  • L’istituto NIOSH–National Institute of Occupational Safety and Health ne ha approvato l’utilizzo
  • E’ stato applicato su milioni di metri quadrati di asfalto, in prevalenza in Stati Uniti e in Europa.
  • La legislazione italiana ha valutato e riconosciuto nei materiali fotocatalitici ecoattivi importanti proprietà a tutela dell’ambiente. Tali materiali sono stati inseriti nelle “Linee Guida per l’utilizzo di sistemi innovativi finalizzati alla prevenzione e riduzione dell’inquinamento ambientale” emanate dal Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio con decreto ministeriale del 1 aprile 2004, pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 84 del 9 aprile 2004.

Storicamente uno dei motivi del suo impiego estensivo è proprio il suo essere inerte e giudicato non tossico per la salute umana.

Proprio perché il suo utilizzo è diventato endemico, si sono moltiplicati gli studi finalizzati a individuare se e come il biossido di titanio potrebbe presentare rischi per la salute. In particolare si è cercato di misurare le diverse modalità di impatto del biossido di titanio con l’organismo e di valutare i rischi per il tipo di contatto, in particolare suddividendo in rischi per i consumatori e rischi per i lavoratori.


Ricerche sperimentali e risultati

Le ricerche sperimentali hanno dato questi risultati:

  1. Il biossido di titanio è sicuro per i consumatori (in particolare per contatto e per uso alimentare)

Tutti gli studi certificati e avvalorati dalle autorità internazionali di controllo affermano che il biossido di titanio è non tossico, inerte ed è definito come “materiale sicuro” per i consumatori.

Nel settembre del 2016 l’EFSA (l’Autorità Europea per la sicurezza alimentare) ha dichiarato che il biossido di titanio è da considerare sicuro in ambito alimentare. Così come ha approvato il suo utilizzo in tutti i diversi materiali di impiego, tra cui occhiali da sole, dentifrici e prodotti farmaceutici. Il 29 giugno 2018 l’EFSA ha ribadito la sicurezza del biossido di titanio come additivo alimentare.

Per il contatto con la pelle, studi sull’applicazione di filtri solari contenenti biossido di titanio ultrafine sulla pelle sana di volontari umani ha rivelato che le particelle di biossido penetrano solo negli strati più esterni dello strato corneo, arrivando così alla conclusione che la pelle è un’efficace barriera.

  1. Il biossido di titanio può rappresentare un rischio occupazionale in caso di inalazione prolungata

Mentre le ricerche sugli umani non hanno rivelato rischi sperimentalmente dimostrati, ci sono invece alcune ricerche compiute sui ratti che hanno sollevato alcuni allarmi. Allarmi che riguarderebbero il rischio per inalazione prolungata di biossido di titanio per gli addetti alla produzione della sostanza.

Anche se l’autorità competente, l’Agenzia europea delle sostanze chimiche (ECHA), nel giugno 2017 dopo ricerche e consultazioni ha concluso che non vi erano prove sufficienti per classificare il biossido di titanio nella categoria 1B (potenziale cancerogeno) anche per inalazione, perché si possa escludere qualunque rischio per la salute umana legato occorre evitare o ridurre i seguenti fattori di rischio:

  1. Condizioni necessarie per escludere qualunque rischio del biossido di titanio
  • INALAZIONE. Occorre adottare modalità di diffusione in ambiente del diossido di titanio che escludano possibilità di dispersione in aria e dunque di inalazione della sostanza.
  • QUANTITA’. Occorre limitare la quantità di biossido di titanio al di sotto dei limiti previsti (esempio: limite del 25% per cosmetici, limite del 10% per diffusione in aria)

GRANDEZZA DELLE PARTICELLE. Più piccole sono le particelle di biossido di titanio maggiore è il rischio di assorbimento negli alveoli polmonari. In particolare il rischio riguarda le nanoparticelle (al di sotto dei 100 nanometri), in specie quando risultano inferiori ai 2,5 nanometri