Usando la Nanotecnología Para Mejorar las Eficiencias Photocatalytic para el Tratamiento De Aguas

El Dr. Juan Byrne, Nanotecnología y Centro Integrado de la Bioingeniería, Universidad de Ulster en Jordanstown
Autor Correspondiente: j.byrne@ulster.ac.uk

El photocatalysis Heterogéneo implica el uso de un material semiconductor que se pueda excitar por la amortiguación de la luz. Las aplicaciones del photocatalysis incluyen el tratamiento y la purificación de aguas, tratamiento y purificación del aire, y las superficies “autolimpiadores”. Las aplicaciones Fotosintéticas también están señaladas extensamente incluyendo partir photoelectrolytic del agua, la reducción2 del CO y la síntesis orgánica. Hay una amplia gama de materiales empleados en la investigación y aplicaciones photocatalytic. Las propiedades importantes de estos materiales incluyen la energía de la separación de banda y por lo tanto la longitud de onda de la luz requeridas para la excitación, la estabilidad química y fotoquímica, la talla de partícula y la superficie.

El uso de materiales nano-estructurados puede llevar a las eficiencias photocatalytic mejoradas donde la reducción de tamaño de partícula da lugar a una mayor superficie y clasifica posiblemente efectos de la cuantificación. El anterior proporciona a sitios más activos para la reacción y este último da un aumento en el coeficiente de amortiguación en las longitudes de onda específicas. El material lo más común posible empleado del photocatalyst para la investigación y las aplicaciones industriales es dióxido de titanio (TiO2). Esto es porque es photostable, químicamente estable, photoactive, relativamente barato y no tóxico.

Hay diversas rutas a producir titania nanostructured incluyendo el gel del solenoide, la oxidación hidrotérmica, electroquímica del titanio, la deposición de vapor químico y la deposición del chisporroteo del plasma. El Titania tiene una energía de la separación de banda del eV alrededor 3,2 y por lo tanto es un amortiguador ULTRAVIOLETA. Cuando es excitado por la Radiación ultravioleta que el electrón-agujero empareja en el titania puede reaccionar con agua y el oxígeno disuelto a la especie reactiva del oxígeno del formulario cuál puede atacar los agentes contaminadores orgánicos (e inorgánicos) en el agua. Efectivo, cada partícula emocionada se convierte en una célula nano-electroquímica que impulsa reacciones redox en el interfaz. (Pero agregado muy probablemente) el titania nano-estructurado Disperso se puede utilizar para el tratamiento de aguas y la purificación.

Las Suspensiones se han utilizado en la investigación basada laboratorio e incluso en sistemas de tratamiento del gran escala, sin embargo, el catalizador se debe recuperar del agua antes de licenciamiento. Alternativamente, el catalizador se puede inmovilizar como películas gruesas o finas en un substrato que utiliza sólido para negar el escenario de la recuperación del catalizador1.

Para las aplicaciones del tratamiento de aguas, el uso de los problemas inmovilizados de los presentes de las películas para el diseño del reactor debido a las limitaciones de la transferencia en masa2. Si el catalizador se inmoviliza sobre un substrato que utiliza eléctricamente de conducto, uno puede emplear este substrato como photoanode en una célula photoelectrochemical (CPE), en modo photolytic o photogalvanic). Por ejemplo, una aplicación puede ser la oxidación photocatalytic impulsada solar de la materia orgánica y de la reducción simultánea de iones disueltos del metal en una CPE de dos compartimientos3.

Photocatalysis ha estado señalado para ser efectivo contra una amplia gama de agentes contaminadores químicos incluyendo los agentes contaminadores orgánicos persistentes (POPs). Una aplicación interesante investigada en Ulster era la destrucción del β-estradiol femenino de la hormona 17 y es análogos. Llaman las substancias químicas que rompen endocrinas EDCs y plantean las Hormonas y a los imitadores de la hormona una amenaza importante para el ambiente.

Photocatalysis es un proceso degradante donde el ataque por especie reactiva del oxígeno da lugar a la oxidación total de un agente contaminador orgánico vía productos intermedios. Estos intermedios pueden ser apenas tan dañinos como la pasta del padre. En relación a las pastas del estrógeno, es importante determinar la destrucción de las propiedades estrógenas. Esto fue lograda usando una prueba biológica de la pantalla de la levadura que responde al efecto estrógeno de agentes contaminadores. Fue mostrado que el photocatalysis era más efectivo que la fotodescomposición de UVA en la destrucción del efecto estrógeno de 17-B-oestradiol, del esterone y del estriol4,5.

Una investigación Más reciente ha demostrado la destrucción photocatalytic de productos farmacéuticos en agua. Dado que el photocatalysis genera especie reactiva del oxígeno incluyendo radical de oxhidrilo, el anión radical del superóxido y el peróxido de hidrógeno, es un paso de progresión lógico para aplicar el tratamiento hacia la desinfección de microogranisms patógenos con agua. De Hecho, el photocatalysis ha estado señalado para ser efectivo contra una amplia gama de microoganisms incluyendo bacterias, virus y protozoos.

Escherichia Coli es el nombre de un tipo de bacterias que viva en sus intestinos. La Mayoría de los tipos de Escherichia Coli son inofensivos. Sin Embargo, algunos tipos pueden hacerle al enfermo y causar diarrea. Un tipo causa la diarrea de las hojas de ruta (traveler). El tipo peor de Escherichia Coli causa diarrea sangrienta, y puede causar a veces la insuficiencia renal e incluso la muerte. Estos problemas son más probable de ocurrir en niños y en adultos con los sistemas inmunes débiles.

El Clostridium perfringens es una varilla anaeróbica, Grampositiva, sporeforming (medios anaeróbicos incapaces de crecer en presencia del oxígeno libre). Se distribuye extensamente en el ambiente y ocurre con frecuencia en los intestinos de seres humanos y de muchos animales nacionales y salvajes.

El parvum de Cryptosporidium es una de varias especies que causen cryptosporidiosis, una enfermedad parásita del trecho intestinal mamífero.

Nuestro trabajo en Ulster ha investigado la desactivación de E.coli como organismo modelo usando6 photocatalysis y electroquímico ayudado photocatalysis. En estes último, el proceso es ayudado por la aplicación de un polarizado eléctrico externo. Mientras Que E.coli es un patógeno por derecho propio y se utiliza como indicador para la contaminación fecal, es relativamente fácil matar. Por Lo Tanto, es más interesante estudiar la desactivación de la especie resistente de la desinfección.

Hemos mostrado que ese photocatalysis y photocatalysis electroquímico ayudado sea efectivo contra las esporas del Clostridium perfringens7. Además, también hemos demostrado que el photocatalysis es efectivo contra los oocysts del protozoario del parvum de Cryptosporidium. Este organismo es un problema grande para el industria del agua porque es resistente a la desinfección convencional y causa diarrea severa en seres humanos.

Ulster es un socio en el proyecto de la EC FP6 Sodiswater que apunta investigar la desinfección solar del agua para el uso en países en vías de desarrollo. Simple llenando una botella transparente de agua (preferiblemente de cristal o ANIMAL DOMÉSTICO) y colocándola en luz del sol directa, uno puede desactivar la mayoría de los patógeno en el agua, por lo tanto haciendo el agua más segura beber. Dado que alrededor una sexta parte de la población de Mundo no tiene acceso al agua segura, tiene sentido de utilizar la potencia del sol en un proceso tan simple.

Mientras Que SODIS (desinfección solar) se utiliza en el mundo entero cerca alrededor 2 millones de personas de, la absorción para SODIS podría ser mejorada. Además, hay una necesidad de las mejorías en eficiencia de SODIS y garantía de calidad para el usuario final.

Con este fin hemos estado investigando el uso del photocatalysis de aumentar el índice de avión derribado de patógeno en la escala experimental bajo condiciones reales del sol en el Plataforma de Solar Almería en colaboración con Fernández Pilar, CIEMAT, España. También, hemos estado desarrollando las tecnologías de los sensores para proporcionar a mando y a la garantía de calidad automatizados para el usuario final. Nuestros colaboradores incluyen a socios en Kenia, Zimbabwe y Suráfrica. La Nanotecnología podía ayudar a salvar vidas en el mundo en vías de desarrollo.


Referencia

1. Byrne J.A., Eggins B.R., Brown N.M.D., McKinney B., y Rouse M., Inmovilización del polvo TiO2 para el tratamiento del agua contaminada. Catálisis Aplicada 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., y McAdams, E.T., la “cinética Intrínseca de la oxidación photocatalytic del ácido fórmico y oxálico en las películas inmovilizadas TiO2.” Catálisis Aplicada A: General, 2004, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W., y Brown N.M.D., célula de Photoelectrochemical para la oxidación photocatalytic combinada de agentes contaminadores orgánicos y la recuperación de metales de las aguas residuales. Catálisis Aplicada B: Environmental, 1999, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L., y Rey E., degradación Photocatalytic del ß-estradiol 17, Appl. Catal. B Ambiental, 2000, 24, L1 - L5.
5. Coleman, H.M., Routledge, E.J., Acémila, J.P., Eggins, B.R., y Byrne, J.A., “baja Rápida del estrogenicity de estrógenos esteroides por la fotodescomposición de UVA y photocatalysis sobre un catalizador inmovilizado del dióxido de titanio,” Investigación de Agua, 2004, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manga, N., y Eggins, B.R., El retiro photocatalytic de agentes contaminadores bacterianos del agua potable, Gorrón de la Fotoquímica y Photobiology A: Química, 2002, 148, pp 355-363.
7. Dunlop P S M, McMurray T A, Hamilton J W J, Byrne J A, “desactivación Photocatalytic de las esporas de perfringens del Clostridium en los electrodos TiO2”, Gorrón de la Fotoquímica y Photobiology A: Química, 2008, 196, 113-119

Derechos De Autor AZoNano.com, el Dr. Juan Byrne (Universidad de Ulster)

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

Last Update: 13. June 2013 23:42

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