Utilisant la Nanotechnologie Pour Améliorer des Efficiences Photocatalytic pour le Traitement des Eaux

M. John Byrne, Nanotechnologie et Centre Intégré de Bio-ingénierie, Université d'Ulster chez Jordanstown
Auteur Correspondant : j.byrne@ulster.ac.uk

Le photocatalysis Hétérogène comporte l'utilisation d'un matériau semi-conducteur qui peut être excité par l'absorption de la lumière. Les applications du photocatalysis comprennent le traitement des eaux et la purification, la demande de règlement et la purification d'air, et les surfaces « autonettoyantes ». Des applications Photosynthétiques sont également largement enregistrées comprenant se diviser photoelectrolytic de l'eau, réduction2 de CO et synthèse organique. Il y a un large éventail de matériaux utilisés dans la recherche et les applications photocatalytic. Les propriétés importantes de ces matériaux comprennent l'énergie d'écartement de bande et par conséquent la longueur d'onde de la lumière exigées pour l'excitation, la stabilité, dimension particulaire et surface chimiques et photochimiques.

L'utilisation des matériaux nano-structurés peut mener aux efficiences photocatalytic améliorées où la réduction des résultats de dimension particulaire dans une surface plus grande et classe probablement des effets de quantification. L'ancien fournit des sites plus actifs pour la réaction et ce dernier donne une augmentation du coefficient d'absorption aux longueurs d'onde particulières. Le matériau le plus généralement utilisé de photocatalyst pour des applications de recherches et d'industriel est dioxyde de titane (TiO2). C'est parce qu'il est photostable, chimiquement stable, sensible à la lumière, relativement peu coûteux et non-toxique.

Il y a les artères variées à produire les titanes nanostructured comprenant le gel de solenoïde, l'oxydation hydrothermique et électrochimique du titane, la déposition en phase vapeur et le dépôt de pulvérisation de plasma. Les Titanes a une énergie d'écartement de bande de l'eV environ 3,2 et est pour cette raison un amortisseur UV. Une Fois excité par l'Irradiation uv que l'électron-trou appareille dans les titanes peut réagir avec l'eau et l'oxygène dissous aux espèces réactives de l'oxygène de forme qui peuvent attaquer les polluants organiques (et minéraux) dans l'eau. En Fait, chaque particule enthousiaste va bien à une cellule nano-électrochimique conduisant des réactions redox à la surface adjacente. (Mais très probablement totalisé) des titanes nano-structurés Dispersés peuvent être employés pour le traitement des eaux et la purification.

Des Suspensions ont été utilisées dans la recherche basée de laboratoire et même sur des systèmes de demande de règlement de large échelle, cependant, le catalyseur doit être récupéré de l'eau avant le débit. Alternativement, le catalyseur peut être immobilisé en tant que profondément ou des films minces sur un substrat supportant solide pour réaliser une inversion le stade de reprise de catalyseur1.

Pour des applications de traitement des eaux, l'utilisation des problèmes immobilisés de présents de films pour le design de réacteur dû aux limitations de transfert de masse2. Si le catalyseur est immobilisé sur un substrat supportant électriquement de conduite, on peut utiliser ce substrat comme photoanode dans une cellule photoelectrochemical (PEC), en mode photolytic ou photogalvanic). Par exemple, une application peut être l'oxydation photocatalytic pilotée solaire des produits organiques et de la réduction simultanée d'ions dissous en métal dans un PEC de deux compartiments3.

On a enregistré que Photocatalysis est pertinent contre un large éventail de polluants chimiques comprenant les polluants organiques persistants (POPs). Une application intéressante vérifiée chez Ulster était la destruction du β-oestradiol de l'hormone femelle 17 et c'est des analogues. Des Hormones et les imitateurs d'hormone se nomment des produits chimiques EDCs de perturbateur endocrinien et constituent un danger significatif à l'environnement.

Photocatalysis est un procédé dégradant où la crise par des espèces réactives de l'oxygène a comme conséquence l'oxydation générale d'un polluant organique par l'intermédiaire des produits intermédiaires. Ces clichés intermédiaires peuvent être juste comme nuisibles que le composé de parent. Par rapport aux composés d'oestrogène, il est important de déterminer la destruction des propriétés oestrogéniques. Ceci a été réalisé utilisant un essai biologique d'écran de levure qui répond à l'effet oestrogénique des polluants. On lui a affiché que le photocatalysis était plus pertinent que la photodécomposition d'UVA en détruisant l'effet oestrogénique de 17-B-oestradiol, d'esterone et d'oestriol4,5.

Plus de recherche récente a expliqué la destruction photocatalytic des pharmaceutiques dans l'eau. Vu que le photocatalysis produit des espèces réactives de l'oxygène comprenant le radical hydroxyle, l'anion radical de superoxyde et le peroxyde de hydrogène, c'est une phase logique pour appliquer la demande de règlement vers la désinfection des microogranisms pathogènes contenant de l'eau. En Effet, on a enregistré que le photocatalysis est pertinent contre un large éventail de microoganisms comprenant des bactéries, des virus et des protozoaires.

Escherichia coli est le nom d'un type de bactéries qui vit dans des vos intestins. La Plupart Des types d'Escherichia coli sont inoffensifs. Cependant, quelques types peuvent t'effectuer le malade et entraîner la diarrhée. Un type entraîne la diarrhée des voyageurs. Le plus mauvais type d'Escherichia coli entraîne la diarrhée sanglante, et peut parfois entraîner l'insuffisance rénale et même la mort. Il est le plus susceptible se produire Ces problèmes chez les enfants et dans les adultes avec de faibles systèmes immunitaires.

Le Clostridium perfringens est une tige anaérobie, Grampositive, génératrice de spores (moyens anaérobies impossibles de se développer en présence de l'oxygène libre). Il est largement distribué dans l'environnement et se produit fréquemment dans les intestins des êtres humains et de beaucoup d'animaux domestiques et sauvages.

Le parvum de Cryptosporidium est l'une de plusieurs substances qui entraînent la cryptosporidiose, une maladie parasite du tube intestinal mammifère.

Notre travail chez Ulster a vérifié l'inactivation d'E.coli comme organisme modèle utilisant6 le photocatalysis et électrochimique aidé le photocatalysis. Dans ce dernier, le procédé est aidé par l'application d'une polarisation électrique externe. Tandis Qu'E.coli est un agent pathogène en soi et est utilisé comme indicateur pour la contamination fécale, il est relativement facile de détruire. Par Conséquent, il est plus intéressant d'étudier l'inactivation de la substance résistante de désinfection.

Nous avons affiché que ce photocatalysis et photocatalysis électrochimique aidé soyez pertinent contre les spores du Clostridium perfringens7. En Outre, nous avons également expliqué que le photocatalysis est pertinent contre les oocysts de protozoaire du parvum de Cryptosporidium. Cet organisme est un grand problème pour l'industrie de l'eau parce qu'il est résistant à la désinfection conventionnelle et entraîne la diarrhée sévère chez l'homme.

Ulster est un associé dans le projet de CT FP6 Sodiswater qui vise à vérifier la désinfection solaire de l'eau pour l'usage dans les pays en développement. En remplissant simplement bouteille transparente avec de l'eau (préférable en verre ou ANIMAL FAMILIER) et en la mettant dans la lumière solaire directe, on peut inactiver la plupart des agents pathogènes dans l'eau, pour cette raison rendant l'eau plus sûre pour boire. Vu qu'environ un sixième de la Population du monde n'ont pas accès à l'eau sûre, il semble raisonnable d'employer l'alimentation électrique du soleil dans un procédé si simple.

Tandis Que SODIS (désinfection solaire) est utilisé dans le monde entier par environ 2 millions de personnes, la prise pour SODIS pourrait être améliorée. Supplémentaire, il y a un besoin d'améliorations dans l'efficience et la quality assurance de SODIS pour l'utilisateur final.

À cet effet nous avions vérifié l'utilisation du photocatalysis d'augmenter les tarifs de la destruction des agents pathogènes à l'échelle pilote dans des états réels du soleil chez le Plataforma De Almeria Solaire en collaboration avec Fernandez, CIEMAT, Espagne Pilaire. En Outre, nous avions développé des technologies des sondes pour fournir le contrôle robotisé et la quality assurance pour l'utilisateur final. Nos collaborateurs incluent des associés au Kenya, au Zimbabwe et en Afrique du Sud. La Nanotechnologie a pu aider à sauver des durées de vie dans le monde en voie de développement.


Référence

1. Byrne J.A., Eggins B.R., Brown N.M.D., McKinney B., et Suscitent M., Immobilisation de la poudre TiO2 pour la demande de règlement de l'eau polluée. Catalyse Appliquée 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., et McAdams, E.T., « cinétique Intrinsèque d'oxydation photocatalytic d'acide formique et oxalique sur les films TiO2 immobilisés. » Catalyse Appliquée A : Général, 2004, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W., et Brown N.M.D., cellule de Photoelectrochemical pour l'oxydation photocatalytic combinée des polluants organiques et la reprise des métaux des eaux résiduaires. Catalyse Appliquée B : Environmental, 1999, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L., et Roi E., dégradation Photocatalytic du ß-oestradiol 17, APPL. Catal. B Ambiant, 2000, 24, L1 - L5.
5. Coleman, H.M., Routledge, E.J., Sumpter, J.P., Eggins, B.R., et Byrne, J.A., « perte Rapide d'estrogenicity des oestrogènes stéroïdes par la photodécomposition d'UVA et photocatalysis au-dessus d'un catalyseur immobilisé de dioxyde de titane, » Recherche Sur L'eau, 2004, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manga, N., et Eggins, B.R., Le démontage photocatalytic des polluants bactériens de l'eau potable, Tourillon de la Photochimie et Photobiology A : Chimie, 2002, 148, pp 355-363.
7. Dunlop P S M, McMurray T A, Hamilton J W J, Byrne J A, « inactivation Photocatalytic des spores de Clostridium perfringens sur les électrodes TiO2 », Tourillon de la Photochimie et Photobiology A : Chimie, 2008, 196, 113-119

Droit d'auteur AZoNano.com, M. John Byrne (Université d'Ulster)

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

Last Update: 13. June 2013 23:10

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