물 처리를 위한 Photocatalytic 효율성을 향상하는 나노 과학 사용

죤 Byrne, 나노 과학 & 통합 생의학 공학 센터Jordanstown에 얼스터의 대학 박사
대응 저자: j.byrne@ulster.ac.uk

이질적인 photocatalysis는 빛의 흡수에 의해 흥분할 수 있는 반 수행 물자의 사용을 관련시킵니다. photocatalysis의 응용은 물 처리 및 정화, 공기 처리 및 정화 및 "자동 세척" 표면 포함합니다. 광합성 응용은 또한 photoelectrolytic 근해 나누고는, 지휘관 감소 및 유기 종합2 을 포함하여 넓게 보고됩니다. photocatalytic 연구에서 채택된 물자의 광범위 및 응용이 있습니다. 이 물자의 중요한 속성은 흥분을 위해, 화학과 광화학적인 안정성, 입자 크기 및 표면 요구된 빛의 띠 간격 에너지 그리고 그러므로 파장 포함합니다.

nano 구축한 물자의 사용은 입자 크기 감소가 더 중대한 표면 귀착되는 향상한 photocatalytic 효율성으로 이끌어 낼 수 있고 가능하게 양자화 효력을 치수를 잽니다. 이전은 반응을 더 액티브한 사이트를 제공하고 나중은 특정 파장에 흡수계수에 있는 증가를 줍니다. 연구와 산업 응용을 위한 일반적으로 채택한 photocatalyst 물자는 이산화티탄 (TiO)2입니다. 이것은 photostable, 화학적으로 안정되어 있는, photoactive, 비교적 비용이 안드는 비독성 이기 때문입니다.

티타늄의 sol 젤, 열수의, 전기화학 산화, 화학 수증기 공술서 및 플라스마 침을 튀기 공술서를 포함하여 nanostructured titania 생성에 각종 경로가 있습니다. Titania에는 약 3.2 eV의 띠 간격 에너지가 있고 그러므로 UV 흡수기입니다. 전자 구멍이 titania에서 한 쌍이 되는 UV 방사선 조사에 의해 흥분될 때 근해에 있는 유기의 (와 무기) 오염물질을 공격할 수 있는지 어느 것이 양식 민감하는 산소 종에 근해와 녹은 산소로 반작용할 수 있습니다. 효과적으로, 각 흥분하는 입자는 공용영역에 산화 환원 반응을 모는 nano 전기화학 세포가 됩니다. 이산한 nano 구축한 (그러나 거의 확실하게 모이는) titania는 물 처리와 정화를 위해 이용될 수 있습니다.

현탁액은 실험실에 기지를 둔 연구에서 이용되고 대규모 치료 시스템에 조차, 그러나, 촉매는 출력 이전에 근해에서 복구되어야 합니다. 양자택일로, 촉매는 단단한 지원 기질에 두꺼운 박막으로 촉매 복구 단계를 부정하기 위하여 고정될 수 있습니다1.

물 처리 응용을 위해, 질량 전달 제한 때문에 반응기 디자인을 위한 고정된 필름 현재 문제의 사용2. 촉매가 전기로 수행 지원 기질에 고정되는 경우에, 사람은 photolytic 또는 photogalvanic 최빈값에서 photoelectrochemical 세포 (PEC)에 있는 photoanode로 이 기질을, 채택할 수 있습니다). 예를 들면, 1개의 응용은 2개의 격실 PEC에 있는 녹은 금속 이온의 유기물 그리고 동시 감소의 태양 몬 photocatalytic 산화일지도 모릅니다3.

Photocatalysis는 지속적인 유기 오염물질을 포함하여 화학 오염물질의 광범위에 대하여 효과적이기 위하여 보고되었습니다 (POPs). 얼스터에 조사된 1개의 흥미로운 응용은 여성 호르몬 17 β oestradiol의 파괴이고 아날로그입니다. 호르몬과 호르몬 모방자는 내분비 중단시키는 화학제품이라고 EDCs 불리고 환경에 중요한 위협을 야기합니다.

Photocatalysis는 민감하는 산소 종에 의하여 공격이 중간 제품을 통해 유기 오염물질의 전반적인 산화 귀착되는 degradative 프로세스입니다. 이 중간물은 부모 화합물 처럼 것으로 유해할지도 모릅니다. 에스트로겐 화합물에 관하여, oestrogenic 속성의 파괴를 결정하는 것이 중요합니다. 이것은 오염물질의 oestrogenic 효력에 반응하는 효모 경계진 생물 검정을 사용하여 달성되었습니다. photocatalysis가 17 B oestradiol, esterone 및 estriol의 oestrogenic 효력 파괴에 있는 UVA 광분해 보다는 더 다는 것은 보였습니다4,5.

최근 연구는 근해에 있는 조제약의 photocatalytic 파괴를 설명했습니다. photocatalysis가 수산기, superoxide 라디칼 음이온 및 과산화 수소를 포함하여 민감한다는 것은 산소 종을 생성한다는 것은 주어, 병원성 microogranisms를 포함하는 근해의 소독으로 처리를 적용하는 논리적인 단계 입니다. 실제로, photocatalysis는 박테리아, 바이러스 및 원생 동물을 포함하여 microoganisms의 광범위에 대하여 효과적이기 위하여 보고되었습니다.

대장균은 내장에서 사는 박테리아의 모형의 이름입니다. 대장균의 대부분의 모형은 무해합니다. 그러나, 약간 모형은 병자를 만들고 설사를 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 1가지의 모형은 여행자의 설사를 일으키는 원인이 됩니다. 대장균의 가장 나쁜 모형은 살벌한 설사를 일으키는 원인이 되고, 때때로 신부전과 죽음 조차 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 이 문제는 아이들과 약한 면역 계통을 가진 성인에서 발생하기 확률이 매우 높습니다.

클로스트리듐속의 세균 perfringens는 혐기성, 그램 양성, sporeforming 로드 (자유로운 산소의 면전에서 증가할 수 없습니다 혐기성 방법)입니다. 그것은 환경에서 넓게 분산되고 인간 많은 국내와 야성 동물의 내장에서 자주 발생하곱니다.

Cryptosporidium parvum는 cryptosporidiosis를 일으키는 원인이 되는 몇몇 종, 포유류 장 지역의 기생하는 질병의 한개입니다.

얼스터에 우리의 일은 photocatalysis를 사용하여 모형 유기체로 E.coli의 비활성화를6 전기화학으로 지원되어 photocatalysis를 조사하고. 나중에서는, 프로세스는 외부 전기 편견의 응용에 의해 지원됩니다. E.coli는 고유의 권리로 병원체의 표시기로 대변 오염을 위해 사용되는 동안, 죽이는 것은 상대적으로 쉽습니다. 그러므로, 소독 저항하는 종의 비활성화를 공부하는 것이 흥미롭습니다.

우리는 그 photocatalysis 및 전기화학으로 지원한 photocatalysis 클로스트리듐속의 세균 perfringens의 포자에 대하여 효과적이십시오 보여주었습니다7. 게다가, 우리는 또한 photocatalysis가 Cryptosporidium parvum의 protozoan oocysts에 대하여 효과적이다는 것을 설명했습니다. 이 유기체는 전통적인 소독에 저항하고기 인간에 있는 가혹한 설사를 일으키는 원인이 되기 때문에 근해 산업을 위한 큰 문제입니다.

얼스터는 개발도상국에 있는 사용을 위한 근해의 태양 소독을 조사하는 것을 작정인 적능력 FP6 Sodiswater 계획사업에 있는 파트너입니다. 단순히 투명한 병을 유리제 애완 동물 근해로 (가급적이면) 채우고 직접 햇빛에서 두어서, 사람은 근해에 있는 대부분의 병원체를 활동하지 않을 수 있어, 그러므로 근해를 마시게 안전한 만드. 세계 인구의 약 1/6에는 안전한 근해에 접근이 없다는 것을 주어, 그것은 그 같은 간단한 프로세스에 있는 태양의 힘을 이용하는 이해됩니다.

SODIS (태양 소독)가 곁에 약 2 백만인이라고 세계적으로 사용되는 동안, SODIS를 위한 통풍관은 향상될 수 있었습니다. 게다가, 최종 사용자를 위한 SODIS 효율성 그리고 품질 보증에 있는 개선을 위한 필요가 있습니다.

이쪽에 우리는 Pilar Fernandez, CIEMAT, 스페인과 협력하여 Plataforma 태양 de 알메리아에 실제적인 태양 상태 하에서 중간 시험 규모에 병원체의 삭제의 비율을 강화하는 photocatalysis의 사용을 조사하고 있습니다. 더구나, 우리는 최종 사용자에게 자동화한 통제 및 품질 보증을 제공하기 위하여 감지기 기술을 개발하고 있습니다. 우리의 합작자는 케냐, 짐바브웨 및 남아프리카에 있는 파트너를 포함합니다. 나노 과학은 개발 도상국에 있는 생명을 구하는 것을 도울 수 있었습니다.


참고

1. Byrne J.A., Eggins B.R., 브라운 N.M.D., McKinney B., 및 술판 M. 의 오염수의 처리를 위한 TiO2 분말의 동원정지. 적용되는 촉매 작용 B: Environmental 1998년, 17, PP 25-36.
2. McMurray, T.A., Byrne, J.A., Dunlop, P.S.M., Winkelman, J.G.M., 고정된 TiO2 필름에 포름과 수산의 photocatalytic 산화의 Eggins, B.R. 및 McAdams, E.T., "본질적인 활동." 적용되는 촉매 작용 A: 개요 2004년, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W., 및 브라운 N.M.D 유기 오염물질의 결합된 photocatalytic 산화를 위한., Photoelectrochemical 세포 및 폐수에서 금속의 복구. 적용되는 촉매 작용 B: Environmental 1999년, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L., 및 임금 E. 의 17 ß oestradiol의 Photocatalytic 강직, Appl. Catal. , 2000년 환경, B 24, L1 - L5.
5. UVA 광분해에 의하여 스테로이드 에스트로겐의 estrogenicity의 Coleman, H.M., Routledge, E.J., Sumpter, J.P., Eggins, B.R. 및 Byrne, J.A., "급속한 손실 및 고정된 이산화티탄 촉매에 photocatalysis," 근해 연구 2004년, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., 식용수에서 세균성 오염물질의 Byrne, J.A., Manga, N. 및 Eggins, B.R., Photocatalytic 제거, 광화학의 전표 및 Photobiology A: 화학 2002년, 148, PP 355-363.
7. Dunlop P S M, McMurray T A, 해밀턴 J W J, Byrne J A, "TiO2 전극에 클로스트리듐속의 세균 perfringens 포자의 Photocatalytic 비활성화", 광화학의 전표 및 Photobiology A: 화학 2008년, 196, 113-119

, 저작권 AZoNano.com 죤 Byrne (얼스터의 대학) 박사

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

Last Update: 13. June 2013 23:23

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