Wyniki prac badawczych prowadzonych przez zespoły naukowców z Katedry Technologii Środowiska Wydziału Chemii nad wynalazkami – „Fotoreaktor cienkowarstwowy z innowacyjną warstwą fotokatalityczną w postaci modyfikowanych nanorurek TiO2” oraz „Materiał z tytanu do oczyszczania powietrza z lotnych związków organicznych, nieorganicznych oraz mikroorganizmów” są chronione czterema patentami. Oba zespoły pracowały pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Adriany Zaleskiej-Medynskiej.

Urząd Patentowy RP przyznał zespołowi naukowców z Wydziału Chemii, pracujących nad wynalazkiem „Fotoreaktor cienkowarstwowy z innowacyjną warstwą fotokatalityczną w postaci modyfikowanych nanorurek TiO2” trzy patenty. Jednym z wyzwań współczesnej gospodarki jest poprawa efektywności energetycznej procesów technologicznych, co może ograniczyć rosnące globalne zapotrzebowanie na energię i tym samym zmniejszyć zapotrzebowanie na paliwa kopalne, jak również znacząco ograniczyć zanieczyszczanie środowiska. Nad rozwiązaniem tych problemów pracowali badacze: prof. dr hab. inż. Adriana Zaleska–Medynska, dr inż. Paweł Mazierski oraz dr inż. Magda Kozak. 

Rozwiązanie opracowane przez naukowców może być wykorzystane dla zapewnienia poprawy efektywności energetycznej procesów technologicznych. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu innowacyjnego cienkowarstwego fotoreaktora z warstwą fotokatalityczną w postaci nanorurek, zbudowanych z mieszaniny tlenków lub z mieszaniny tlenków i nanocząstek metali.

- Jedną z korzyści wynikających z zastosowania naszego fotoreaktora jest możliwość wykorzystania promieniowania z zakresu światła widzialnego do przeprowadzania procesów fotokatalitycznych – mówi prof. dr hab. inż. Adriana Zaleska-Medynska. - Proces fotokatalizy heterogenicznej, w którym nanocząstki półprzewodnika przyspieszają reakcje chemiczne pod wpływem światła UV lub widzialnego są przykładem technologii przyjaznych środowisku. Umożliwiają zarówno degradację zanieczyszczeń jak i unieszkodliwienie mikroorganizmów, przy wykorzystaniu jedynie światła i nanocząsteczek, bez użycia dodatkowych chemikaliów w rodzaju związków chloru. Rozkładowi mogą być poddane zanieczyszczenia występujące w wodzie i w powietrzu.

Technologia ta może znaleźć zastosowanie w procesach degradacji związków organicznych takich jak:

- fenole  wykorzystywane w przemyśle chemicznym jako środki dezynfekujące, składniki żywic syntetycznych oraz surowce do produkcji tworzyw sztucznych,

- barwniki organiczne – stosowane w przemyśle tekstylnym, spożywczym i kosmetycznym do barwienia tkanin, żywności oraz produktów kosmetycznych,

- leków przeciwnowotworowych, wykorzystywanych w terapii nowotworów w celu zahamowania wzrostu komórek nowotworowych i poprawy jakości życia pacjentów.

Technologia ta może być również wykorzystana do neutralizacji bakterii obecnych w wodzie, jak również do oczyszczania i dezynfekcji wody oraz oczyszczania ścieków. Może także pomóc w przekształcaniu produktów odpadowych takich jak: gliceryna, lignina, glukoza, furfural –  w cenne surowce, półprodukty: kwasy organiczne, aldehydy i ketony - wykorzystywane w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i spożywczym jako prekursory w syntezie związków organicznych, rozpuszczalniki, substancje zapachowe i aromatyzujące, a także w produkcji żywic syntetycznych, farb, leków oraz środków dezynfekujących i konserwujących.

To rozwiązanie jest wyjątkowe ze względu na zastosowanie stopów tytanu jako substratu w procesie utleniania anodowego, co umożliwiło uzyskanie wysoce aktywnych nanorurek zbudowanych z mieszaniny tlenków i nanocząstek metali. Na tej bazie opracowano konstrukcję fotoreaktora przepływowego, gdzie jako źródło światła zastosowano energooszczędne diody LED emitujące promieniowanie w zakresie widzialnym.

Nad drugim przełomowym technologicznie rozwiązaniem pracował ośmioosobowy zespół naukowczyń i naukowców z Wydziału Chemii w składzie: dr inż. Marek Kobylański, dr Patrycja Parnicka, dr inż. Anna Malankowska,  dr inż. Paweł Mazierski, dr inż. Joanna Nadolna, dr inż. Beata Bajorowicz, dr inż. Anna Gołębiewska. Projektem kierowała prof. dr hab. inż. Adriana Zaleska-Medynska.

Badacze opracowali metodę wykorzystania materiału wytwarzanego z blachy tytanowej do oczyszczania powietrza z lotnych związków organicznych i nieorganicznych, a także mikroorganizmów.  Nowatorski materiał złożony z nanorurek tlenku tytanu (IV) posiadający właściwości fotokatalityczne do oczyszczania powietrza, umożliwia jego zastosowanie w urządzeniach, w których wymagana jest większa powierzchnia aktywna. Opracowany sposób otrzymywania umożliwia uzyskanie warstw nanorurek TiO2 o pożądanych parametrach.

Warstwa zawierająca nanorurki TiO2 może być zaimplementowana w urządzeniach do oczyszczania powietrza w aglomeracjach miejskich. Dzięki zastosowaniu nowatorskiej metody na szeroką skalę jakość powietrza w miastach może znacząco się poprawić.

Innowacyjne warstwy nanorurek mogą być także stosowane w przenośnych bądź stacjonarnych urządzeniach do oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych lub w kabinach pojazdów do usuwania zanieczyszczeń chemicznych takich jak: lotne związki organiczne czy lotne związki nieorganiczne: amoniak, ditlenek siarki, tlenki azotu a także bakterie, grzyby i wirusy. Produkty wytworzone na bazie tej technologii mogą być wykorzystane m.in. w branży wentylacyjnej, oświetleniowej czy motoryzacyjnej.

- Zaletą proponowanej technologii w porównaniu z innymi obecnie znanymi materiałami zawierającymi nanostruktury TiO2, jest możliwość otrzymania materiału, który można wielokrotnie wykorzystywać poddając go łatwej regeneracji. Sposób syntezy nanorurek bezpośrednio na podłożu, które stanowi blacha tytanowa zapewnia im wysoką przyczepność. Materiał jest łatwy do zsyntetyzowania i nie wymaga użycia skomplikowanej aparatury – tłumaczy prof. dr hab. inż. Adriana Zaleska-Medynska.

Proces ochrony patentowej obu wynalazków koordynowało Centrum Transferu Technologii UG.