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Daylight-activated photocatalytic window coatings for reducing indoor and in-vehicle gaseous pollutants

Applicant Huang Zhanjun
Number 190751
Funding scheme Spark
Research institution Laboratoire de chimie organométallique et médicinale EPFL - SB - ISIC - LCOM
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Material Sciences
Start/End 01.12.2019 - 28.02.2021
Approved amount 100'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Material Sciences
Other disciplines of Environmental Sciences

Keywords (5)

daylight-activation; photocatalysis; window-coatings; indoor air-purification; graphitic carbon nitride

Lay Summary (French)

Lead
Les composés organiques volatils, le monoxyde de carbone et les bioaérosols sont des polluants atmosphériques communs présents dans l'atmosphère et qui sont nocifs pour la santé. La photocatalyse est l'un des processus verts émergents pour la décontamination de l'air. En présence de lumière du jour, les photocatalyseurs générerent de l'oxygène singulet hautement réactif qui peut oxyder les polluants atmosphériques et produire des substances gazeuses inoffensives (dioxyde de carbone et vapeur d'eau), ou désactivera les bioaérosols. Les fenêtres photocatalytiques permettent de purifier l’air de facon autonome. Cependant, les photocatalyseurs courants tels que l'oxyde de titane (TiO2) utilisent la lumière UV (<320 nm), dont la plupart seront absorbés par les fenêtres en verre et, par conséquent, seraient inefficaces sur les fenêtres en verre pour la purification de l'air intérieur.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherché

Notre objectif principal est de développer un nouveau type de photocatalyseur qui utilise la lumière visible de 420–460 nm, présente une stabilité thermique et chimique élevée et peut être appliqué sur des fenêtres en verre transparent sans pour autant affecter la transparence. Plus précisément, nous avons l'intention de (i) synthétiser le photocatalyseur avec et sans groupes chimiques pouvant réagir avec le verre, (ii) enduire le photocatalyseur sur des lames de verre à travers trois méthodes largement répendues dans la fabrication industrielle, (le spin-coating, le drop-coating et revêtement par pulvérisation), (iii) utiliser la lumière solaire artificielle pour évaluer l'efficacité d'élimination photocatalytique des polluants atmosphériques modèles, tels que le formaldéhyde, le monoxyde de carbone et les bactéries.

 

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Notre travail fournira des techniques pour la fabrication de fenêtres photocatalytiques hautement transparentes qui utilisent la lumière du soleil pour améliorer la qualité de l'air intérieur. Ces fenêtres pourraient devenir omniprésentes, avec des utilisations clés dans des bâtiments où des solvants organiques sont utilisés, allant des usines aux laboratoires, des salons de beauté aux ateliers de réparation de chaussures. Un tel verre serait également utile dans les véhicules pour éliminer le monoxyde de carbone et les substances volatiles de l'essence, et dans les hôpitaux pour la stérilisation assistée des bioaérosols. Une des méthodes de stérilisation largement utilisées dans les hôpitaux est l'irradiation UV, qui doit être conduite dans un système fermé afin d’éviter toute exposition pour l'homme. Contrairement à l’irradiation, notre méthode basée sur la lumière visible peut être appliquée aux fenêtres normales et aux surfaces en verre.

 

Keywords

Photocatalyse pour la purification de l'air, oxygène singulet, fenêtres en verre transparent revêtues de photocatalyse, élimination des polluants gazeux.

12 décembre 2012

Direct link to Lay Summary Last update: 12.12.2019

Lay Summary (English)

Lead
Volatile organic compounds, carbon monoxide and bioaerosols are common airborne pollutants present in the atmosphere that are detrimental to health. Photocatalysis is one of the emerging green processes for air decontamination, because in the presence of daylight photocatalysts will generate highly reactive singlet oxygen that will oxidize airborne pollutants to produce harmless gaseous substances, i.e. carbon dioxide and water vapor, or deactivate the bioaerosols. The corresponding photocatalytic windows offer a transformative self-sustaining technology for self-purifying in-door air to improve air quality. However, common photocatalysts such as titanium oxide (TiO2) utilize UV light (< 320 nm), most of which will be absorbed by the glass windows, and hence, would be ineffective on glass windows for indoor air purification.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherché

Our main goal is to develop an emerging photocatalyst that utilize visible light of 420–460 nm, present high thermal and chemical stability and can be coated to transparent glass windows with little affection to the transparency. More specifically, we intend to (i) synthesize the photocatalyst with and without chemical groups that can react with glass, (ii) coat the photocatalyst onto glass slides through three methods that are widely used for industrial manufacturing, including spin coating, drop coating and spray coating, (iii) use artificial sunlight to evaluate the photocatalytic removal efficiency of model airborne pollutants, such as formaldehyde, carbon monoxide and bacteria.


Contexte scientifique et social du projet de recherche

Our work will provide techniques for the fabrication of high transparent photocatalytic windows that use sunlight to improve in-door air quality. While such windows could become ubiquitous, key uses would be in buildings where organic solvents are used, ranging from factories to laboratories, and from beauty salons to shoe-repair shops. Such glass would also be useful in vehicles for removing carbon monoxide and gasoline volatiles, and in hospitals for assisted sterilization of bioaerosols. One of the widely used sterilization methods in hospitals is UV irradiation, which needs to be enclosed to avoid exposure to human. In contrast, our method based on visible light can be applied to normal windows and glass surfaces.


Keywords

Photocatalysis for air purification, singlet oxygen, photocatalyst coated transparent glass windows, removal of gaseous pollutants.


12 décembre 2012


Direct link to Lay Summary Last update: 12.12.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

Volatile organic compounds, carbon monoxide and bioaerosols are common airborne pollutants present in the atmosphere that are detrimental to health. To reduce or even eliminate such compounds we intend to develop carbon nitride-based photocatalyst that can be covalently (strongly) attached to transparent glass windows without affecting their transparency. In the presence of daylight these photocatalysts will generate highly reactive singlet oxygen that will oxidize airborne pollutants to produce harmless gaseous substances, i.e. carbon dioxide and water vapor or deactivate the bioaerosols, as Figure 1 shows. The photocatalyst overcomes the limitations of other catalysts that either only operate in the UV region or are unstable. The corresponding photocatalytic windows offer a transformative self-sustaining technology for self-purifying indoor air to improve air quality. While such windows could become ubiquitous, key uses would be in buildings where organic solvents are used, ranging from factories to laboratories, and from beauty salons to shoe-repair shops. Such glass would also be useful in vehicles for removing carbon monoxide and gasoline volatiles, and in hospitals for assisted sterilization of bioaerosols. One of the widely used sterilization methods in hospitals is UV irradiation, which needs to be enclosed to avoid exposure to human. In contrast, our method based on visible light can be applied to normal windows and glass surfaces.
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