Facendo Uso di Nanotecnologia Per Migliorare i Risparmi Di Temi Fotocatalitici per il Trattamento Delle Acque

Dott. John Byrne, Nanotecnologia & Centro Integrato di Bioingegneria, Università di Ulster a Jordanstown
Autore Corrispondente: j.byrne@ulster.ac.uk

La fotocatalisi Eterogenea comprende l'uso di un materiale semiconduttore che può essere eccitato dall'assorbimento di indicatore luminoso. Le applicazioni della fotocatalisi comprendono il trattamento delle acque e depurazione, il trattamento e depurazione dell'aria e superfici “autopulenti„. Le applicazioni Fotosintetiche egualmente ampiamente sono riferite compreso la dissociazione dell'acqua photoelectrolytic, la riduzione2 di CO e la sintesi organica. Ci sono una vasta gamma di materiali impiegati nella ricerca fotocatalitica e nelle applicazioni. I beni importanti di questi materiali comprendono l'energia di intervallo di banda e quindi la lunghezza d'onda di indicatore luminoso richieste per l'eccitazione, la stabilità chimica e fotochimica, la dimensione delle particelle ed area.

L'uso dei materiali nano-strutturati può piombo ai risparmi di temi fotocatalitici migliori dove la riduzione della dimensione delle particelle provoca una maggior area e possibilmente gradua gli effetti secondo la misura della quantizzazione. Il precedente fornisce i siti più attivi per la reazione e l'ultimo dà un aumento nel coefficiente di assorbimento alle lunghezze d'onda specifiche. Il materiale il più comunemente impiegato del photocatalyst per le applicazioni di industriale e della ricerca è biossido di titanio (TiO2). Ciò è perché è photostable, chimicamente stabile, fotoattivo, relativamente economico e non tossico.

Ci sono vari itinerari a produrre la titania nanostructured compreso il gel del solenoide, l'ossidazione idrotermale e elettrochimica di titanio, di deposizione chimica in fase di vapore ed il deposito della polverizzazione del plasma. La Titania ha un'energia di intervallo di banda eV di circa 3,2 e quindi è un assorbitore UV. Una Volta eccitato dall'Irradiazione uv che il elettrone-foro accoppia nella titania può reagire con acqua ed ossigeno disciolto alle specie reattive dell'ossigeno del modulo quale può attaccare gli agenti inquinanti organici (ed inorganici) nell'acqua. Efficacemente, ogni particella emozionante sta bene ad una cella nano-elettrochimica che determina le reazioni redox all'interfaccia. (Ma molto probabilmente cumulato) la titania nano-strutturata Dispersa può essere utilizzata per il trattamento delle acque e la depurazione.

Le Sospensioni sono state utilizzate nella ricerca basata laboratorio e perfino sui sistemi di trattamento della larga scala, tuttavia, il catalizzatore deve essere recuperato dall'acqua prima di scarico. Alternativamente, il catalizzatore può essere vincolato come pellicole spesse o sottili su un substrato supportante solido per realizzare una inversione la fase di ripristino del catalizzatore1.

Per le applicazioni di trattamento delle acque, l'uso dei problemi vincolati dei presente delle pellicole per progettazione del reattore dovuto le limitazioni di trasferimento di massa2. Se il catalizzatore è vincolato su un substrato supportante elettricamente di conduzione, si può impiegare questo substrato come photoanode in una cella photoelectrochemical (PEC), nel modo photolytic o photogalvanic). Per esempio, l'un'applicazione può essere l'ossidazione fotocatalitica determinata solare di prodotti organici e della riduzione simultanea degli ioni dissolti del metallo di un PEC di due compartimenti3.

La Fotocatalisi è stata riferita per essere efficace contro una vasta gamma di agenti inquinanti chimici compreso gli agenti inquinanti organici persistenti (POPs). L'Un'applicazione interessante esaminatrice ad Ulster era la distruzione dell'β-estradiolo femminile dell'ormone 17 ed è analoghi. Gli Ormoni ed i mimi dell'ormone sono definiti prodotti chimici d'interruzione endocrini EDCs e posano una minaccia significativa contro l'ambiente.

La Fotocatalisi è un trattamento degradante dove l'attacco dalle specie reattive dell'ossigeno provoca l'ossidazione globale di agente inquinante organico via i prodotti intermedi. Questi composti intermedi possono essere altrettanto nocivi quanto il composto del genitore. Relativamente ai composti dell'estrogeno, è importante determinare la distruzione dei beni estrogenici. Ciò è stata raggiunta facendo uso di un'analisi biologica dello schermo del lievito che risponde all'effetto estrogenico degli agenti inquinanti. È stato indicato che la fotocatalisi era più efficace della fotodecomposizione di UVA nel distruggere l'effetto estrogenico di 17-B-oestradiol, del esterone e dell'estriolo4,5.

La ricerca Più recente ha dimostrato la distruzione fotocatalitica dei prodotti farmaceutici in acqua. Poichè la fotocatalisi genera le specie reattive dell'ossigeno compreso il radicale ossidrile, l'anione radicale del superossido ed il perossido di idrogeno, è un punto logico per applicare il trattamento verso la disinfezione dei microogranisms patogeni contenenti acqua. Effettivamente, la fotocatalisi è stata riferita per essere efficace contro una vasta gamma di microoganisms compreso i batteri, i virus ed i protozoi.

Escherichia coli è il nome di un tipo di batteri che vive in vostri intestini. La Maggior Parte dei tipi di Escherichia coli sono inoffensivi. Tuttavia, alcuni tipi possono rendergli il malato e causare la diarrea. Un tipo causa la diarrea dei viaggiatori. Il tipo peggiore di Escherichia coli causa la diarrea sanguinosa e può a volte causare l'insufficienza renale e perfino la morte. Questi problemi sono più probabili da accadere in bambini ed in adulti con i sistemi immunitari deboli.

Il Clostridium perfringens è i bastoncini anaerobici, Gram-positivi, generatori di spore (mezzi anaerobici incapaci di svilupparsi in presenza di ossigeno libero). Ampiamente si distribuisce nell'ambiente e frequentemente si presenta negli intestini degli esseri umani e di molti animali nazionali e selvaggi.

Il parvum di Cryptosporidium è una di parecchie specie che causano il cryptosporidiosis, una malattia parassitaria del tratto intestinale mammifero.

Il Nostro lavoro ad Ulster ha studiato l'inattivazione di E.coli come organismo di modello facendo uso6 della fotocatalisi ed elettrochimicamente assistito la fotocatalisi. Negli ultimi, il trattamento è assistito dall'applicazione di una tendenziosità elettrica esterna. Mentre E.coli è un agente patogeno per diritto proprio ed è usato come indicatore per contaminazione fecale, è relativamente facile da uccidere. Di Conseguenza, è più interessante studiare l'inattivazione delle specie resistenti della disinfezione.

Abbiamo indicato che quella fotocatalisi e fotocatalisi elettrochimicamente assistita sia efficace contro le spore del Clostridium perfringens7. Ancora, egualmente abbiamo dimostrato che la fotocatalisi è efficace contro i oocysts di protozoo del parvum di Cryptosporidium. Questo organismo è un grande problema per il settore idrico perché è resistente alla disinfezione convenzionale e causa la diarrea severa in esseri umani.

Ulster è un partner nel progetto della CE FP6 Sodiswater che mira a studiare la disinfezione solare dell'acqua per uso in paesi in via di sviluppo. Semplicemente riempiendo una bottiglia trasparente di acqua (preferibilmente di vetro o ANIMALE DOMESTICO) e collocando alla luce solare diretta, si può inattivare la maggior parte dei agenti patogeni nell'acqua, quindi rendendo l'acqua più sicura di bere. Poichè intorno una sesta parte della popolazione del Mondo non ha accesso all'acqua sicura, ha significato utilizzare la potenza del sole in così trattamento semplice.

Mentre SODIS (disinfezione solare) è usato nel mondo intero vicino intorno 2 milione di persone, l'assorbimento per SODIS potrebbe essere migliorato. Ulteriormente, c'è un'esigenza dei miglioramenti nel risparmio di temi e nell'assicurazione di qualità di SODIS per l'utilizzatore finale.

A questo scopo stiamo studiando l'uso della fotocatalisi migliorare la tariffa dell'uccisione degli agenti patogeni alla scala pilota negli stati reali del sole al Plataforma il de Almeria Solare in collaborazione con Pilar Fernandez, CIEMAT, Spagna. Inoltre, stiamo sviluppando le tecnologie dei sensori per fornire il controllo e l'assicurazione di qualità automatizzati per l'utilizzatore finale. I Nostri collaboratori includono i partner nel Kenya, nello Zimbabwe e nel Sudafrica. La Nanotecnologia ha potuto contribuire a salvare le vite nei paesi in via di sviluppo.


Riferimento

1. Byrne J.A., Eggins B.R., N.M.D Marrone., McKinney B. e Rouse M., Immobilizzazione di polvere TiO2 per il trattamento di acqua contaminata. Catalisi Applicata 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. e McAdams, E.T., “cinetica Intrinseca di ossidazione fotocatalitica di acido formico ed ossalico sulle pellicole vincolate TiO2.„ Catalisi Applicata A: Generale, 2004, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W. e Brown N.M.D., cella di Photoelectrochemical per l'ossidazione fotocatalitica combinata di agenti inquinanti organici ed il ripristino dei metalli dalle acque reflue. Catalisi Applicata B: Environmental, 1999, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L. e Re E., una degradazione Fotocatalitica di ß-estradiolo 17, Appl. Catal. B Ambientale, 2000, 24, L1 - L5.
5. Coleman, H.M., Routledge, E.J., Sumpter, J.P., Eggins, B.R. e Byrne, J.A., “perdita Rapida di estrogenicity degli estrogeni steroidi tramite fotodecomposizione di UVA e fotocatalisi sopra un catalizzatore vincolato del biossido di titanio,„ Ricerca Idrica, 2004, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manghe, N. e Eggins, B.R., La rimozione fotocatalitica degli agenti inquinanti batterici da acqua potabile, Giornale di Fotochimica e Photobiology A: Chimica, 2002, 148, pp 355-363.
7. Dunlop P S M., McMurray T A, Hamilton J W J, Byrne J A, “inattivazione Fotocatalitica delle spore del Clostridium perfringens sugli elettrodi TiO2„, Giornale di Fotochimica e Photobiology A: Chimica, 2008, 196, 113-119

Copyright AZoNano.com, Dott. John Byrne (Università di Ulster)

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

Last Update: 13. June 2013 23:17

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