Suyu Temizleyen Işık: Fotokataliz Nedir?

SAM Designs/iStockphoto.com

Işığın Gücü

“Fotokataliz” terimi, “ışık” anlamına gelen foto ve “hızlandırmak” anlamına gelen kataliz kelimelerinin birleşiminden oluşur. Yani fotokataliz, ışığın yardımıyla kimyasal tepkimeleri hızlandırma sürecidir. Bu işlemde kullanılan maddelere “fotokatalizör” denir. En yaygın fotokatalizörlerden biri, beyaz toz görünümündeki titanyum dioksittir (TiO₂). Titanyum dioksit, güneş ışığından enerji kazandığında, reaktif oksijen türleri (ROS) denilen maddelerin oluşmasına yol açan kimyasal süreçler başlar. ROS; bakterileri, virüsleri ve organik kirleticileri parçalayarak zararsız bileşiklere dönüştürür.

Doğadan İlham Alan Temizlik

Bu yöntem, fotosentez sürecine benzer şekilde işler. Bitkiler ışığı kullanarak karbondioksidi besine dönüştürür. Fotokatalizde ise ışık, suda bulunan kirli molekülleri parçalayan kimyasal tepkimeleri başlatır. Fotokatalitik yüzeyler suya, havaya ve güneş ışığına maruz kaldığında kendi kendini temizleyebilir. Bu yüzeylerde genellikle titanyum dioksit (TiO₂) bulunur. Güneş ışığı bu yüzeye çarptığında titanyum dioksit üzerinde elektronlar ve bunların ayrıldığı elektron boşlukları oluşur. Bu parçacıklar, havadaki oksijen (O2) ve sudaki nem (H2O) ile tepkimeye girerek güçlü oksitleyiciler olan hidroksil radikalleri (.OH) ve süperoksit iyonları (O2-) üretir. Bu aktif türler çok güçlü oksitleyicidir. Yüzeydeki kirleri, mikropları, yağ ve küfleri parçalayarak karbondioksit (CO2) ve su (H2O) gibi zararsız bileşiklere dönüştürürler. Böylece yüzeydeki kirli moleküller etkili bir şekilde yok edilir.  Fotokatalitik yüzeyler yalnızca su arıtımında değil, kendini temizleyen camlar, antibakteriyel yüzeyler ve hava arıtma sistemleri gibi pek çok alanda kullanılır.

Geleceğin Su Arıtma Teknolojisi

Araştırmalar, fotokataliz yönteminin özellikle güneş enerjisiyle çalışan düşük maliyetli sistemlerde etkili olduğunu gösteriyor. Bu sayede, gelişmekte olan bölgelerde temiz su elde etmek çok daha kolay hâle gelebilir. Bilim insanları günümüzde fotokataliz işlemindeki verimi titanyum dioksite ek olarak çinko oksit, gümüş nano parçacıkları ve karbon nanotüpler gibi yeni malzemelerle artırmaya çalışıyor.

Fotokataliz, güneş ışığından yararlanarak suyu ve havayı temizleyen çevre dostu bir teknolojidir. Işığın kimyasal gücünü kullanan bu sistemler, gelecekte enerji harcamadan suyu arıtabilen şehirlerin temelini oluşturabilir. Belki de gelecekte, evimizdeki cam yüzeyler, yalnızca ışığı geçirmekle kalmayacak, aynı zamanda havayı ve suyu da temizleyecek.

Kaynaklar:

• Fujishima, A., & Zhang, X. (2006). Titanium dioxide photocatalysis: Present situation and future approaches. Comptes Rendus Chimie, 9(5–6), 750–760. https://doi.org/10.1016/j.crci.2005.02.055
• Chen, X., & Mao, S. S. (2007). Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications, and applications. Chemical Reviews, 107(7), 2891–2959. https://doi.org/10.1021/cr0500535

Yazar Hakkında:

Ali Kemal Gürol

Erzurum Özel Bilkent Laboratuvar Lisesi