水処理のための Photocatalytic 効率を改善するナノテクノロジーを使用して

ジョン Byrneナノテクノロジー及び統合された生物工学の中心Jordanstown のアルスターの大学先生
対応する著者: j.byrne@ulster.ac.uk

異質 photocatalysis はライトの吸収によって刺激することができる半導体材料の使用を含みます。 photocatalysis のアプリケーションは水処理および浄化、空気処置および浄化および 「自動クリーニング式」表面含んでいます。 光合成アプリケーションはまた photoelectrolytic 水分割、 CO の減少および有機性統合2 を含んで広く報告されます。 photocatalytic 研究で用いられる材料の広い範囲およびアプリケーションがあります。 これらの材料の重要な特性は刺激に、化学および光化学安定性、粒度および表面積必要なライトのバンドギャップエネルギーそしてそれ故に波長含んでいます。

nano 構成された材料の使用は改善された photocatalytic 効率の粒度の減少がより大きい表面積で原因となる起因するかもしれ、多分量子化の効果を大きさで分類します。 前は反作用に実行中のサイトを提供し、後者は特定の波長で吸収係数の増加を与えます。 研究および産業アプリケーションのための最も一般に用いられた光触媒材料は二酸化チタン (TiO)2 です。 これは photostable、化学的に安定した、 photoactive、比較的安価、そして無毒であるのであります。

チタニウムの SOL のゲル、熱水の、電気化学の酸化、化学気相堆積および血しょう放出させる沈殿を含む nanostructured チタニアの作成へさまざまなルートがあります。 従ってチタニアにおよそ 3.2 eV のバンドギャップエネルギーがあり、紫外線吸収物です。 電子穴がチタニアで組み合わせる紫外線照射によって刺激されたとき水の有機性の (および無機) 汚染物質を攻撃できるかどれが形式の反応酸素種に水および分解された酸素と反応できます。 実際には、各々の興奮する粒子はインターフェイスでレドックスの反作用を運転する nano 電気化学のセルになります。 分散させた nano 構成されたが、 (多分集約される) チタニアは水処理および浄化のために利用することができます。

中断は実験室によって基づく研究で使用され、しかし大規模の処置システムで触媒は排出前に水から回復なりません。 また、触媒は固体サポートの基板の厚いですか薄膜として触媒の回復段階を否定するために固定するかもしれません1

水処理アプリケーションのため、物質移動の限定によるリアクターデザインのための固定されたフィルムの現在問題の使用2。 触媒が電気で行なうサポートの基板に固定すれば、 1 つは photolytic または photogalvanic モードの photoelectrochemical セル (PEC) の photoanode としてこの基板を、用いることができます)。 例えば、 1 つのアプリケーションは 2 つのコンパートメント PEC の分解された金属イオンの有機物そして同時減少の太陽運転された photocatalytic 酸化であるかもしれません3

Photocatalysis は耐久性がある有機性汚染物質を含む化学汚染物質の広い範囲に対して有効であるために報告されました (POPs)。 アルスターで調査された 1 つの興味深いアプリケーションは女性のホルモンの 17 β oestradiol の破壊であり、それはアナログです。 ホルモンおよびホルモンの模倣者は内分泌の破壊の化学薬品 EDCs と名づけられ、環境への重要な脅威を与えます。

Photocatalysis は反応酸素種による攻撃が中間製品によって有機性汚染物質の全面的な酸化で起因する degradative プロセスです。 これらの中間物は親混合物同じように有害かもしれません。 oestrogen の混合物に関連して、 oestrogenic 特性の破壊を定めることは重要です。 これは汚染物質の oestrogenic 効果に答えるイーストスクリーンの生物検定を使用して達成されました。 photocatalysis が 17 B oestradiol、 esterone およびエストリオルことをの oestrogenic 効果の破壊の UVA の光分解より有効だったことが示されていました4,5

最近の研究は水の医薬品の photocatalytic 破壊を示しました。 photocatalysis が水酸ラジカル、スーパーオキシドのラジカル・アニオンおよび過酸化水素を含む反応酸素種を生成すること与えられて、それは病原性のある microogranisms を含んでいる水の消毒の方の処置を適用する論理的なステップです。 実際に、 photocatalysis は細菌、ウイルスおよび原生動物門を含む microoganisms の広い範囲に対して有効であるために報告されました。

エシェリヒア属大腸菌は腸に住んでいるタイプの細菌の名前です。 ほとんどのタイプのエシェリヒア属大腸菌は無害です。 ただし、あるタイプは病人を作り、下痢を引き起こすことができます。 1 つのタイプにより旅行者の下痢を引き起こします。 最も悪いタイプによりのエシェリヒア属大腸菌血の下痢を引き起こし、時々腎不全および死を引き起すことができます。 これらの問題は子供と弱い免疫組織を持つ大人に発生してが可能性が高いです。

ウェルシュ菌は嫌気性、グラム陽性、 sporeforming 棒 (自由な酸素の前で育つことない嫌気性の平均) です。 それは環境で広く配られ、人間そして多くの国内および野生動物の腸に頻繁に発生し。

Cryptosporidium の parvum は cryptosporidiosis を引き起こす複数の種、哺乳類の腸地域の寄生病気の 1 つです。

アルスターの私達の作業は photocatalysis を使用してモデル有機体として E.coli の不活性化を6 電気化学的に助けられて photocatalysis を調査し。 後者では、プロセスは外部電気バイアスのアプリケーションによって助けられます。 E.coli は独自の権利で病原体の、表示器として faecal 汚染のために使用される間、殺すことは比較的容易です。 従って、消毒の抵抗力がある種の不活性化を調査することは興味深いです。

私達はその photocatalysis および電気化学的に助けられた photocatalysis ウェルシュ菌の胞子に対して有効でであって下さいことを示しました7。 なお、私達はまた photocatalysis が Cryptosporidium の parvum の protozoan の oocysts に対して有効であることを示しました。 この有機体は慣習的な消毒に対して抵抗力があり、人間で厳しい下痢を引き起こすので水工業のための大きい問題です。

アルスターは発展途上国の使用のための水の太陽消毒を調査することを向ける欧州共同体 FP6 Sodiswater のプロジェクトのパートナーです。 従って透過びんを水で (できればガラスか、またはペット) 単に満たし、直接日光に置くことによって、 1 つは水のほとんどの病原体を非アクティブにすることができま水を飲むこと安全します。 世界人口のおよそ 6 分の 1 に安全な水へのアクセスがないこと与えられて、それは非常に簡単なプロセスの太陽の力を利用する意味を成しています。

SODIS (太陽消毒) がおよそ 2 百万人世界中で使用される間、 SODIS のための通風管は改善できます。 さらに、エンドユーザーのための SODIS の効率そして品質保証の改善のための必要性があります。

Pilar フェルナンデス、 CIEMAT、ずっとスペインと共同して Plataforma 太陽 de アルメリアで実質の太陽の状態の下で試験規模で病原体の殺害のレートを高めるこれを受けて私達は photocatalysis の使用を調査しています。 また、私達はずっとエンドユーザーに自動化された制御および品質保証を提供するためにセンサー技術を開発しています。 私達の共作者はケニヤ、ジンバブエおよび南アフリカ共和国にパートナーを含めます。 ナノテクノロジーは新興社会の生命を保存するのを助けることができます。


参照

1. Byrne J.A.、 Eggins B.R.、ブラウン N.M.D。、 McKinney B.、および覚醒 M. の腐敗水の処置のための TiO2 粉の固定。 応用触媒作用 B: Environmental 1998 年、 17、 PP 25-36。
2. McMurray、 T.A.、 Byrne、 J.A.、 Dunlop、 P.S.M。、 Winkelman、 J.G.M。、固定された TiO2 フィルムの蟻およびシュウ酸の photocatalytic 酸化の Eggins、 B.R. および McAdams、 E.T.、 「本質的な動力学」。 応用触媒作用 A: 概要 2004 年、 262、 1、 105-110。
3. Byrne J.A.、 Eggins B.R.、 Byers W.、およびブラウン N.M.D 有機性汚染物質の結合された photocatalytic 酸化のための。、 Photoelectrochemical のセルおよび廃水からの金属の回復。 応用触媒作用 B: Environmental 1999 年、 20、 L85。
4. Coleman H.M.、 Eggins B.R.、 Byrne J.A.、 Palmer F.L.、および王 E. の 17 ß oestradiol の Photocatalytic 劣化、 Appl。 Catal。 、 2000 年環境、 B 24、 L1 - L5。
5. UVA の光分解によるステロイドのエストロゲンの estrogenicity の Coleman、 H.M.、 Routledge、 E.J.、 Sumpter、 J.P.、 Eggins、 B.R. および Byrne、 J.A.、 「急速な損失および固定された二酸化チタンの触媒上の photocatalysis」、水研究 2004 年、 38、 3233-3240
6. Dunlop、 P.S.M。、飲料水からの細菌の汚染物質の Byrne、 J.A.、 Manga、 N. および Eggins、 B.R.、 Photocatalytic 取り外し、光化学のジャーナルおよび Photobiology A: 化学 2002 年、 148、 PP 355-363。
7. Dunlop P の S M、 McMurray T A、ハミルトン J W J、 Byrne J A、 「TiO2 電極のウェルシュ菌の胞子の Photocatalytic 不活性化」、光化学のジャーナルおよび Photobiology A: 化学 2008 年、 196、 113-119

、版権 AZoNano.com ジョン Byrne (アルスターの大学) 先生

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

Last Update: 13. June 2013 23:20

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