Unter Verwendung der Nanotechnologie, zum von Photocatalytic Leistungsfähigkeit für Wasserbehandlung Zu Verbessern

Dr. John Byrne, Nanotechnologie u. Integrierte Biotechnik-Mitte, Universität von Ulster bei Jordanstown
Entsprechender Autor: j.byrne@ulster.ac.uk

Heterogenes photocatalysis bezieht den Gebrauch von einem Halbleitermaterial mit ein, das durch die Absorption der Leuchte erregt werden kann. Die Anwendungen von photocatalysis umfassen Wasserbehandlung und Reinigung, Luftreinigung und Reinigung und „selbstreinigende“ Oberflächen. Fotosynthetische Anwendungen werden auch breit einschließlich die photoelectrolytic Wasserverbindungsaufspaltung, CO-Reduzierung2 und organische Synthese berichtet. Es gibt eine große Auswahl von den Materialien, die in der photocatalytic Forschung eingesetzt werden und Anwendungen. Die wichtigen Eigenschaften dieser Materialien umfassen die Bandabstandsenergie und folglich die Wellenlänge der Leuchte benötigt für Erregung, die chemische und photochemische Stabilität, die Teilchengröße und Fläche.

Der Gebrauch von Nano--strukturierten Materialien führt möglicherweise zu verbesserte photocatalytic Leistungsfähigkeit, in der die Reduzierung in der Teilchengröße eine größere Fläche ergibt und sortieren vielleicht Quantelungseffekte. Das ehemalige stellt aktivere Sites für Reaktion zur Verfügung und das letztere ergibt eine Zunahme des Absorptionskoeffizienten an den spezifischen Wellenlängen. Das am geläufigsten eingesetzte Photocatalystmaterial für Forschung und industrielle Anwendungen ist Titandioxid (TiO2). Dieses ist, weil es photostable ist, chemisch stabil, photoactive, verhältnismäßig billig und ungiftig.

Es gibt verschiedene Wege zum Produzieren von nanostructured Titania einschließlich Magnetspule-Gel, hydrothermale, elektrochemische Oxidation des Titans, Absetzung des chemischen Dampfes und Plasmaspritzenabsetzung. Titania hat eine Bandabstandsenergie von eV herum 3,2 und ist deshalb ein UVabsorber. Wenn sie durch UV-Bestrahlung erregt werden, können die Elektron-Loch-Paare im Titania mit Wasser und aufgelöstem Sauerstoff zu den reagierenden Sauerstoffspezies des Formulars reagieren, welches die organischen (und anorganischen) Schadstoffe im Wasser in Angriff nehmen kann. Effektiv wird jeder aufgeregte Partikel eine Nano--elektrochemische Zelle, die Redoxreaktionen an der Schnittstelle treibt. Zerstreuter Nano--strukturierter (aber höchstwahrscheinlich angesammelt) Titania kann für Wasserbehandlung und Reinigung verwendet werden.

Suspensionen sind in der Labor basierten Forschung verwendet worden und sogar auf Behandlungsanlagen des großen Umfangs jedoch muss der Katalysator von dem Wasser vor Einleitung erholt werden. Wechselweise wird der Katalysator möglicherweise als starke oder Dünnfilme auf einer festen unterstützenden Substratfläche stillgestellt, um die Katalysatorbergungsstufe zu verneinen1.

Für Wasserbehandlungsanwendungen der Gebrauch von stillgestellten Filmgeschenkproblemen für die Reaktorauslegung wegen der Stoffübergangbeschränkungen2. Wenn der Katalysator auf eine elektrisch unterstützende Leitsubstratfläche stillgestellt wird, kann man diese Substratfläche als photoanode in einer photoelectrochemical Zelle (PEC), entweder im photolytic oder photogalvanic Modus) einsetzen. Zum Beispiel ist möglicherweise eine Anwendung die getriebene photocatalytic Solaroxidation von organischen Produkten und von simultanen Verringerung von aufgelösten Metallionen eines zwei Fach PECS3.

Photocatalysis ist berichtet worden, um gegen eine große Auswahl von chemischen Schadstoffen einschließlich hartnäckige organische Schadstoffe effektiv zu sein (POPs). Eine interessante Anwendung, die bei Ulster nachgeforscht wurde, war die Zerstörung des Aufnahmeseitigen Hormon 17 Βöstradiols und es ist Entsprechungen. Hormone und Hormonnachahmern werden als endokrine störende Chemikalien EDCs bezeichnet und eine beträchtliche Drohung zur Umgebung aufwerfen.

Photocatalysis ist ein Abbauprozeß, in dem Angriff durch reagierende Sauerstoffspezies die Gesamtoxidation eines organischen Schadstoffs über Zwischenprodukte ergibt. Diese Vermittler sind möglicherweise gerade so schädlich wie das Bestandteil. In Bezug auf die Östrogenmittel ist es wichtig, die Zerstörung der Östrogeneigenschaften zu bestimmen. Dieses wurde unter Verwendung einer Hefebildschirmbiologischen drogenerprobung erzielt, die auf den Östrogeneffekt von Schadstoffen reagiert. Es wurde gezeigt, dass photocatalysis effektiver als UVA-Fotozerfall war, wenn es den Östrogeneffekt von 17-B-oestradiol, von esterone und von Oestriol zerstörte4,5.

Neuere Forschung hat die photocatalytic Zerstörung von pharmazeutischen Produkten im Wasser gezeigt. Angenommen, photocatalysis reagierende Sauerstoffspezies einschließlich Hydroxylradikale, radikales Anion des Superoxide und Wasserstoffperoxid erzeugt, ist es ein logischer Schritt, zum der Behandlung in Richtung zur Desinfektion von wasserhaltigen pathogenen microogranisms anzuwenden. Tatsächlich ist photocatalysis berichtet worden, um gegen eine große Auswahl von microoganisms einschließlich Bakterien, Viren und Protozoen effektiv zu sein.

Escherichia Coli ist der Name eines Baumusters Bakterien, das in Ihren Därmen lebt. Die Meisten Baumuster Escherichia Coli sind harmlos. Jedoch können eine Baumuster Sie Kranken machen und Diarrhöe verursachen. Ein Baumuster verursacht die Diarrhöe der Reisenden. Das falschste Baumuster von Escherichia Coli verursacht blutige Diarrhöe und kann Nierenversagen und sogar Tod manchmal verursachen. Diese Probleme sind höchstwahrscheinlich, in den Kindern und in den Erwachsenen mit schwachen Immunsystemen aufzutreten.

Clostridium Perfringens ist ein anaerobisches, Grampositives, Sporen bildendes Gestänge (die anaerobischen Mittelwerte unfähig, in Anwesenheit des freien Sauerstoffes zu wachsen). Es wird breit in die Umgebung verteilt und auftritt häufig in den Därmen von Menschen und von vielen inländischen und wilden Tieren.

Cryptosporidium-parvum ist eins einiger Spezies, das cryptosporidiosis verursachen, eine parasitäre Krankheit der Säugetier- intestinalen Fläche.

Unsere Arbeit bei Ulster hat die Inaktivierung von E.coli als vorbildlicher Organismus unter Verwendung des photocatalysis6 und unterstützt elektrochemisch photocatalysis nachgeforscht. In den letzteren wird der Prozess durch die Anwendung einer externen elektrischen Vorspannung unterstützt. Während E.coli ein Krankheitserreger aus eigenem Recht ist und als Anzeiger für fäkale Verunreinigung verwendet wird, zu beenden ist verhältnismäßig einfach. Deshalb ist es interessanter, die Inaktivierung von beständigen Spezies der Desinfektion zu studieren.

Wir haben dargestellt, dass dieses photocatalysis und elektrochemisch unterstütztes photocatalysis gegen die Sporen des Clostridiums Perfringens effektiv seien Sie7. Außerdem haben wir auch gezeigt, dass photocatalysis gegen die Protozoon oocysts von Cryptosporidium-parvum effektiv ist. Dieser Organismus ist ein großes Problem für die Wasserindustrie, weil er gegen herkömmliche Desinfektion beständig ist und schwere Diarrhöe in den Menschen verursacht.

Ulster ist ein Partner im Projekt EC FP6 Sodiswater, das darauf abzielt, die Solardesinfektion des Wassers für Gebrauch in Entwicklungsländern nachzuforschen. Indem es einfach eine transparente Flasche mit Wasser (vorzugsweise Glas- oder HAUSTIER) füllt und in direktes Sonnenlicht legt, kann man die meisten Krankheitserreger im Wasser inaktivieren und das Wasser sicherer deshalb machen zu trinken. Angenommen, herum Sechstel der Weltbevölkerung nicht Zugriff zum sicheren Wasser haben, ist es sinnvoll, die Leistung der Sonne in solch einem einfachem Prozess zu verwenden.

Während SODIS (Solardesinfektion) weltweit vorbei um 2 Millionen Menschen verwendet wird, könnte der ausziehende Wetterschacht für SODIS verbessert werden. Zusätzlich, gibt es einen Bedarf an den Verbesserungen in SODIS-Leistungsfähigkeit und in der Qualitätssicherung für den Endbenutzer.

Zu diesem Zweck haben wir den Gebrauch des photocatalysis nachgeforscht, die Kinetik des Abbruchs der Krankheitserreger an der Versuchsschuppe unter wirklichen Sonnenzuständen am Plataforma Solarde Almeria gemeinsam mit Pilar Fernandez, CIEMAT, Spanien zu erhöhen. Auch wir haben Sensortechniken entwickelt, um automatisierte Regelung und Qualitätssicherung für den Endbenutzer zur Verfügung zu stellen. Unsere Mitarbeiter enthalten Partner in Kenia, in Simbabwe und in Südafrika. Nanotechnologie konnte helfen, die Leben in den Entwicklungsländern zu retten.


Bezug

1. Byrne J.A., Eggins B.R., Brown N.M.D., McKinney B. und Rouse M., Immobilisierung des Pulvers TiO2 für die Behandlung des verschmutzten Wassers. Angewandte Katalyse B: Environmental, 1998, 17, pp. 25-36.
2. McMurray, T.A., Byrne, J.A., Dunlop, P.S.M., Winkelman, J.G.M., Eggins, B.R. und McAdams, E.T., „Tatsächliche Kinetik der photocatalytic Oxidation von Ameisen- und Oxalsäure auf stillgestellten Filmen TiO2.“ Angewandte Katalyse A: General, 2004, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W. und Brown N.M.D., Photoelectrochemical-Zelle für die kombinierte photocatalytic Oxidation von organischen Schadstoffen und die Bergung von Metallen von den Abwässern. Angewandte Katalyse B: Environmental, 1999, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L. und König E., Photocatalytic Abbau von SSöstradiol 17, Appl. Catal. B Umwelt, 2000, 24, L1 - L5.
5. Coleman, H.M., Routledge, E.J., Sumpter, J.P., Eggins, B.R. und Byrne, J.A., „Schneller Verlust von estrogenicity von Steroidöstrogenen durch UVA-Fotozerfall und photocatalysis über einem stillgestellten Titandioxidkatalysator,“ Wasserforschung, 2004, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manga, N. und Eggins, B.R., der photocatalytic Ausbau von bakteriellen Schadstoffen von Trinkwasser, Zapfen von Photochemie und Photobiology A: Chemie, 2002, 148, pp. 355-363.
7. Dunlop P S M, McMurray T A, Hamilton J W J, Byrne J A, „Photocatalytic Inaktivierung von den Clostridium- Perfringenssporen auf Elektroden TiO2“, Zapfen von Photochemie und Photobiology A: Chemie, 2008, 196, 113-119

Copyright AZoNano.com, Dr. John Byrne (Universität von Ulster)

Date Added: Oct 1, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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