Kemija katalizatorjev za čisti zrak
P1-0418
Trajanje: 1.1.2022 - 31.12.2027
Vodja: prof. dr. Nataša Novak Tušar
Vodja na FKKT:
znanst. sod. dr.
Papan Djaniš Jelena
Glavni nosilec programa »Kemija katalizatorjev za čisti zrak« je Kemijski Inštitut, raziskovalci s Katedre za anorgansko kemijo UL FKKT smo soizvajalci programa. Del programa, v katerem sodelujemo, je sinteza novih katalizatorjev/fotokatalizatorjev za čiščenje zraka s ciljnimi strukturnimi lastnostmi, vzporedno z razvojem novih pristopov karakterizacije.
V današnjem svetu je čist zrak ena glavnih prednostnih nalog človeštva zaradi človekovega zdravja in podnebnih sprememb. Onesnaženje zraka povzročajo emisije onesnažil iz industrijskih procesov, prevoznih sredstev in potrošniških izdelkov. Za izboljšanje kakovosti zraka sta pomembna tako nadzor virov onesnaževanja kot čiščenje zraka. Nadzor virov onesnaževanja pomeni uporabo termičnih in katalitskih procesov v industrijskih procesih in v prometu.
Čiščenje zraka je možno z uporabo katalizatorja, ki kot kovinska aktivna mesta lahko delujejo na nosilcih ali pa samostojno v različnih velikostih (posamezni atomi – v velikosti 0,1 nm, nanoklastri – v velikosti 1 nm, nanodelci – v velikosti 5 nm) in se različno obnašajo pri različnih heterogenih katalitskih reakcijah. Številni dejavniki vplivajo na učinkovitost katalizatorja. Katalizatorji, ki učinkujejo pod osvetljevanjem, so fotokatalizatorji.
Pregled literature o fotokatalizi razkriva, da je v zadnjih 10 letih nastalo več kot 1300 mednarodnih patentov na leto za različne aplikacije fotokatalizatorjev, predvsem na področju sanacije onesnaževanja, zelene sinteze in pretvorbe sončne energije. Sanacija onesnaževanja, vključno s čiščenjem vode in zraka, je eno najpomembnejših področij današnjega sveta.
Na področju katalizatorjev, ki čistijo odpadni zrak v industriji pred izpustom v okolje, bomo sintetizirali inovativne katalizatorje, ki lahko delujejo pri nizkih temperaturah. Lahkohlapne organske spojine (volatile organic compounds - VOC), ki izhajajo v zrak predvsem iz industrijskih procesov, prometa in potrošniških produktov, predstavljajo glavno skupino onesnažil v zraku in so toksične in rakotvorne. V našem programu bomo zasnovali in razvili katalizatorje iz kovinskih oksidov prehodnih kovin na aluminijevem oksidu kot nosilcu, ki deluje pri nižjih temperaturah.
Na področju fotokatalizatorjev, ki čistijo onesnažen zrak v zaprtih prostorih in na prostem, bomo sintetizirali inovativne fotokatalizatorje, ki izkoriščajo visok delež sončnega spektra. V zadnjem desetletju je znanost intenzivno proučevala različne sisteme naprednih oksidacijskih procesov (advanced oxidation prcesses - AOP), saj le-ti lahko organska onesnažila kot na primer VOC popolnoma razgradijo v neškodljive anorganske spojine. Najbolj znan fotokatalizator, ki uporablja AOP, je TiO2. Naša naloga je narediti nove, izboljšane materiale na podlagi TiO2, ki bodo izkoriščali širši del sončne svetlobe. Novi materiali bodo pripravljeni z dopiranjem TiO2 s kovinami in/ali nekovinami.
Na področju fotokatalizatorjev, ki pretvorijo N2 in CO2 iz zraka v dragocene kemikalije, bomo sintetizirali inovativne fotokatalizatorje za fotokatalitsko pretvorbo N2 in foto-termo-katalitsko pretvorbo CO2.