Non vi è dubbio che la fotocatalisi vada assumendo un ruolo sempre più primario nei processi biologici e nelle attività di controllo ambientali. Del resto, fin dagli inizi del ‘900 l’energia e la produzione di materiali erano ottenuti direttamente ed indirettamente dalla luce solare. Nel corso di questo secolo, poi, la rapida espansione demografica, la creazione di nuovi materiali, l’aumento dello sfruttamento petrolifero e del nucleare a fini energetici, ha generato una discontinuità sempre maggiore tra la natura e le esigenze della società.

Il bisogno di un ambiente più pulito e di una migliore qualità della vita esortano a pensare ad un uso eco-compatibile della luce e del sole ed in questo contesto la fotochimica applicata ai materiali di costruzione potrebbe trasformarsi in una soluzione molto interessante tanto da diventare parte integrante della strategia mirante a ridurre l’inquinamento ambientale attraverso l’uso di materiali di costruzione che contengono fotocatalizzatori.

Proprio a tal fine si è investigato un sistema che comprende principalmente biossido di titanio nella forma di anatasio e cemento. I risultati delle sperimentazioni condotte ad oggi hanno permesso di concludere che materiali cementiti contenenti biossido di titano (TiO2), allorché irradiati con adeguata intensità luminosa, mostrano una maggiore efficienza nell’ossidare le sostanze organiche con le quali vengono a contatto.

FOTOCATALISI ETEROGENEA

La tecnologia della fotocatalisi eterogenea è basata sull’utilizzazione di un semiconduttore fotocatalitico I semiconduttori sono caratterizzati dall’avere un salto ristretto tra le bande di valenza a conduzione (VB e CB rispettivamente) L’assorbimento di una quantità di energia luminosa maggiore o uguale a quella corrispondente al salto di banda del semiconduttore sopra menzionato (Ebg) dà luogo ad un trasferimento improvviso di elettroni dalla banda di valenza Tale trasferimento di carica introduce condizioni di non equilibrio che portano alla riduzione o alla ossidazione della specie assorbita sulla superficie del semiconduttore. Le forme cristallografiche del TiO2 sono l’anastasio ed il rutilo. Queste due forme cristallizzano secondo una struttura tetragonale che differisce per il numero di ottaedri terminali TiO6 (4 per l’anastasio e 2 per il rutilo). Questo spiega la diversa attività fotocatalitica delle due forme cristallografiche e la maggiore reattività dell’anastasio.

Nel corso di questi ultimi dieci anni, quindi, l’interesse scientifico ed ingegneristico sull’applicazione della fotocatalisi allo studio dei materiali semiconduttori risulta cresciuto esponenzialmente se si considera che più di 200 lavori sono stati pubblicati nel solo settore del trattamento dell’acqua e dell’aria. Va considerato infatti come si stia passando rapidamente da un mondo in cui la Natura si riproduce attraverso la luce solare ad un mondo nel quale i materiali devono essere resi inerti alla luce stessa per garantire la loro durata; un esempio pratico lo si può trovare nell’edilizia. I prodotti di calcestruzzo, per esempio, devono preservare nel tempo le loro caratteristiche estetiche, in particolare il colore, anche in presenza di ambienti urbani aggressivi, soprattutto nei casi di materiali cementiti a base di cemento bianco.

La principale causa di degrado, in questi casi, è da individuarsi proprio nella deposizione di composti organici colorati sulla loro superficie. Le polveri inorganiche aderiscono alla superficie del materiale in presenza di un’interfaccia organica o di macroporosità. I test di brillanza effettuati mostrano la curabilità estetica di elementi di calcestruzzo realizzati con cemento bianco contenente il 2% di TiO2 ed esposti in ambiente urbano per cinque anni. La sperimentazione fatta in Giappone dell’attività del TiO2 per utilizzi ecologici ha portato alla realizzazione di: Vetro autopulente contenente TiO2 sviluppato dalla Kanagawa Accademy of Science and Technology e dalla Nipon Soda. Filtro deodorante di carta contenente TiO2 quattro volte più attivo dei convenzionali filtri contenenti carbone attivo sviluppato dalla K.G. Pack.

Materiali ceramici contenenti TiO2 sviluppati dalla Toto che ha depositato in pochi anni più di trenta brevetti relativi a questa classe di prodotti (per esempio bicchieri di vetro autopulenti e ceramiche antibatteriche per ospedali). Si stanno inoltre studiando catalizzatori a base di TiO2 per ridurre gli NOx a N2 ed O2 Le analisi, gli studi e le sperimentazioni effettuate hanno quindi dimostrato l’attività fotocatalitica di materiali cementiti contenenti TiO2 nella decomposizione di sostanze organiche ed inorganiche; i dati di letteratura, inoltre, confermano la possibilità della distruzione di microrganismi, quali batteri e virus, per azione fotocatalitica del TiO2. La possibilità, quindi, di trasferire l’attività fotocatalitica del TiO2 nei materiali cementiti, sebbene ancora sotto studio, può portare a straordinari vantaggi nella costruzione di nuove strutture ospedaliere, contribuendo a risolvere il problema della presenza dei microrganismi.