Aktivität des Hydroxylradikals
Als starkes Oxidationsmittel brechen Hydroxylradikale jede CH-Bindung auf und schädigen Proteine und Nukleinsäuren. Die Lebensdauer eines Hydroxylradikals in einer biologischen Umgebung reicht von 2 × 10-9 bis 8 × 10-9 Sekunden, und der Diffusionsradius beträgt <0,01 μm.
Die zytotoxische und krebserzeugende Wirkung ionisierender Strahlung auf lebende Organismen steht in direktem Zusammenhang mit der Bildung von (• OH) bei der Wasserradiolyse.
Der Prozess der Photokatalyse an einem nanokristallinen Halbleiter-Titandioxid erfolgt nach folgendem Schema:
Wenn TiO2 mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, schlägt ein Lichtquant ein Elektron aus dem TiO2-Gitter aus und bildet eine Elektronenlücke (“Loch”).
· Ein Elektron und ein “Loch” entstehen auf der TiO2-Oberfläche und werden von dieser
eingefangen.
(TiO2) + hv (h+) + (e-) [1]
Beide Partikel sind chemisch aktiv, so dass die TiO2-Oberfläche zu einem starken Oxidationsfeld wird. In der Photokatalysezone können verschiedene chemische und physikalische Prozesse stattfinden, die zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) führen.
· Bei Kontakt mit der TiO2-Oberfläche bindet der Sauerstoff der Umgebungsluft ein freies Elektron. So entsteht das Superoxidradikalanion (• О2-).
(О2) + (е-) (• О2-) [1]
Es wurde entdeckt [1], dass das Superoxidradikalanion (• О2-) jede organische Verbindung zu
Wasser und Kohlendioxid oxidieren kann.
Es ist bekannt, dass molekularer Sauerstoff selten die Oxidation von Schadstoffen in der Gasphase auslöst. Studien zeigen, dass die Hauptrolle bei den Oxidationsprozessen in der Gasphase freie Radikale spielen, unter denen das Hydroxylradikal (• OH) unterschieden werden sollte.
· In einem photokatalytischen Reaktor wird durch Wechselwirkung eines “Lochs” mit Wasser ein Hydroxylradikal gebildet, das auch Wasserstoff bildet:
(Н2О) + (h+) (• ОН) + (Н) [1]
Das entstehende Hydroxylradikal reagiert sofort mit jedem oxidierbaren Molekül in der unmittelbaren Umgebung [2]. Dies können nicht nur Bestandteile anthropogenen Ursprungs sein – flüchtige organische Verbindungen, sondern auch Bestandteile natürlichen Ursprungs, die ständig in der Umgebungsluft vorhanden sind – CO, O3, CH4, C2H6, N2O usw. Ihre natürlichen Konzentrationen sind derart, dass die Lebensdauer der während der Photokatalyse gebildeten Hydroxylradikale Mikrosekunden nicht überschreitet und sie die Grenzen photokatalytischer Luftreinigungsgeräte nicht überschreiten können und somit keine Gefahr für den Menschen darstellen.
Die Sicherheit von photokatalytischen Geräten für die menschliche Gesundheit kann durch das erhaltene ärztliche Attest [3] für einzelne Proben von Geräten und amerikanische Patente für photokatalytische Atemschutzgeräte [4] bestätigt werden.
Begriffsbestimmungen OH – Hydroxylradikal
