Het Gebruiken van Nanotechnologie om Efficiency Photocatalytic voor de Behandeling van het Water Te Verbeteren

Dr. John Byrne, Nanotechnologie & het Geïntegreerde Centrum van de Biotechniek, Universiteit van Ulster in Jordanstown
Overeenkomstige auteur: j.byrne@ulster.ac.uk

Heterogeene photocatalysis impliceert het gebruik van een semi-conducting materiaal dat door de absorptie van licht kan worden opgewekt. De toepassingen van photocatalysis omvatten waterbehandeling en reiniging, luchtbehandeling en reiniging, en „zelfreinigende“ oppervlakten. De Fotosynthetische toepassingen worden ook wijd gemeld met inbegrip van het photoelectrolytic water verdelen, de vermindering2 van CO en organische synthese. Er zijn een brede die waaier van materialen in photocatalytic onderzoek wordt aangewend en toepassingen. De belangrijke eigenschappen van deze die materialen omvatten de energie van het bandhiaat en vandaar de golflengte van licht voor opwinding, de chemische en fotochemische stabiliteit, de deeltjesgrootte en de oppervlakte wordt vereist.

Het gebruik van nano-gestructureerde materialen kan tot betere photocatalytic efficiency leiden waar de vermindering van deeltjesgrootte in een grotere oppervlakte en misschien de gevolgen van de groottekwantificatie resulteert. De eerstgenoemde verstrekt actievere plaatsen voor reactie en de laatstgenoemde geeft een verhoging van de absorptiecoëfficiënt bij specifieke golflengten. Het het meest meestal aangewende photocatalyst materiaal voor onderzoek en industriële toepassingen is titaniumdioxyde (TiO2). Dit is omdat het photostable, chemisch photoactive, en vrij niet-toxisch is stabiel goedkoop.

Er zijn diverse routes aan het produceren nanostructured titania met inbegrip van solgel, hydrothermale, elektrochemische oxydatie van titanium, chemische dampdeposito en plasma het sputteren deposito. Titania heeft een energie van het bandhiaat van eV rond 3.2 en daarom is een UVabsorptievat. Wanneer opgewekt door UVstraling kunnen de elektron-gat paren in titania met water en opgeloste zuurstof aan species van de vorm de reactieve zuurstof reageren die organische (en anorganische) verontreinigende stoffen in het water kunnen aanvallen. Effectief, wordt elk opgewekt deeltje een nano-elektrochemische cel die redoxreacties bij de interface drijven. Verspreide nano-gestructureerde (maar het waarschijnlijkst bijeengevoegd) titania kan voor waterbehandeling en reiniging worden gebruikt.

De Opschortingen zijn gebruikt in laboratorium gebaseerd onderzoek en zelfs op de systemen van de grote schaalbehandeling, echter, moet de katalysator van het water voorafgaand aan lossing worden teruggekregen. Alternatief, kan de katalysator als dikke of dunne films op een stevig ondersteunend substraat worden geïmmobiliseerd om het stadium van de katalysatorterugwinning te ontkennen1.

Voor de toepassingen van de waterbehandeling, geeft het gebruik van geïmmobiliseerde films problemen voor reactorontwerp toe te schrijven aan de beperkingen van de massaoverdracht2. Als de katalysator op een elektrisch het leiden ondersteunend substraat geïmmobiliseerd is, kan men dit substraat als photoanode in een photoelectrochemical cel (PEC), of op photolytic of photogalvanic wijze) aanwenden. Bijvoorbeeld, kan één toepassing de zonne gedreven photocatalytic oxydatie van natuurlijke producten en de gelijktijdige vermindering zijn van opgeloste metaalionen van een twee compartiment PEC3.

Photocatalysis is gemeld efficiënt om tegen een brede waaier van chemische verontreinigende stoffen met inbegrip van blijvende organische verontreinigende stoffen te zijn (POPs). Één interessante die toepassing in Ulster wordt onderzocht was de vernietiging van vrouwelijk hormoon 17 β-oestradiol en het is analogons. De Hormonen en de hormoonnabootsers worden genoemd endocriene onderbrekende chemische producten EDCs en vormen een significante bedreiging voor het milieu.

Photocatalysis is een degradative proces waar de aanval door reactieve zuurstofspecies in de algemene oxydatie van een organische verontreinigende stof via middenproducten resulteert. Deze tussenpersonen kunnen zo enkel schadelijk zijn zoals de oudersamenstelling. Met betrekking tot de oestrogeensamenstellingen, is het belangrijk om de vernietiging van de oestrogenic eigenschappen te bepalen. Dit werd bereikt gebruikend een biotoets van het gistscherm die aan het oestrogenic effect van verontreinigende stoffen antwoordt. Men toonde dat photocatalysis efficiënter was dan fotolyse UVA in het vernietigen van het oestrogenic effect van 17-B-oestradiol, esterone en oestriol4,5.

Het recentere onderzoek heeft de photocatalytic vernietiging van geneesmiddelen in water aangetoond. Gezien photocatalysis reactieve zuurstofspecies met inbegrip van hydroxylbasis, superoxide radicale anion en waterstofperoxyde produceert, is het een logische stap om de behandeling naar de desinfectie van water toe te passen die pathogene microogranisms bevatten. Photocatalysis is gemeld namelijk efficiënt om tegen een brede waaier van microoganisms met inbegrip van bacteriën, virussen en protozoa te zijn.

E. coli is de naam van een type van bacteriën dat in uw darmen leeft. De Meeste soorten E. coli zijn onschadelijk. Nochtans, kunnen sommige types tot u zieken maken en diarree veroorzaken. Één diarree van de reizigers van typeoorzaken. Het slechtste type van E. coli veroorzaakt bloedige diarree, en kan niermislukking en zelfs dood soms veroorzaken. Deze problemen zijn most likely om in kinderen en in volwassenen met zwakke immuunsystemen voor te komen.

Clostridium perfringens is een anaërobe, Grampositieve, sporevormende staaf (anaërobe middelen onbekwaam om in aanwezigheid van vrije zuurstof te groeien). Het wordt algemeen verspreid in het milieu en voorkomt vaak in de darmen van mensen en vele binnenlandse en wilde dieren.

Parvum van Cryptosporidium is één van verscheidene species die cryptosporidiosis, een parasitische ziekte van de zoogdierdarmkanaal veroorzaken.

Ons werk in Ulster heeft de inactivering van E.coli als modelorganisme gebruikend photocatalysis6 en elektrochemisch bijgestane photocatalysis onderzocht. In de laatstgenoemden, wordt het proces bijgestaan door de toepassing van externe elektrobias. Terwijl E.coli een ziekteverwekker uit eigen beweging is en gebruikt aangezien een indicator voor faecale verontreiniging, het vrij gemakkelijk is te doden. Daarom is het interessanter om de inactivering van desinfectie bestand species te bestuderen.

Wij hebben aangetoond dat photocatalysis en elektrochemisch bijgestane photocatalysis tegen de sporen van Clostridium perfringens efficiënt zijn7. Voorts hebben wij ook aangetoond dat photocatalysis tegen het protozoön oocysts van parvum Cryptosporidium efficiënt is. Dit organisme is een groot probleem voor de waterindustrie omdat het bestand tegen conventionele desinfectie is en strenge diarree in mensen veroorzaakt.

Ulster is een partner in het project van de EG FP6 Sodiswater dat poogt de zonnedesinfectie van water voor gebruik in ontwikkelingslanden te onderzoeken. Door een transparante fles eenvoudig te vullen met water (bij voorkeur glas of HUISDIER) en in direct zonlicht te plaatsen, kan men de meeste ziekteverwekkers in het water buiten werking stellen, daarom makend het water veiliger te drinken. Gezien rond één zesde van de Wereld de bevolking geen toegang tot veilig water heeft, houdt het steek om de macht van de zon in zulk een eenvoudige proces te gebruiken.

Terwijl SODIS (zonnedesinfectie) over de hele wereld door rond 2 miljoen mensen wordt gebruikt, zou het begrijpen voor SODIS kunnen worden verbeterd. Bovendien, is er een behoefte aan verbeteringen van efficiency SODIS en kwaliteitsverzekering voor het eind - gebruiker.

Daartoe hebben wij het gebruik van photocatalysis onderzocht om het tarief van doden van ziekteverwekkers bij proefschaal in de echte zonomstandigheden in Plataforma ZonneDE Almeria in samenwerking met Pilar Fernandez, CIEMAT, Spanje te verbeteren. Ook, hebben wij sensortechnologieën ontwikkeld om geautomatiseerde controle en kwaliteitsverzekering voor het eind te verstrekken - gebruiker. Onze medewerkers omvatten partners in Kenia, Zimbabwe en Zuid-Afrika. De Nanotechnologie kon sparen het leven in de ontwikkelende wereld helpen.


Verwijzing

1. Byrne J.A., Eggins B.R., Bruine N.M.D., McKinney B., en Wekken M., Immobilisatie van op TiO2 poeder voor de behandeling van verontreinigd water. Toegepaste Katalyse B: Milieu, 1998, 17, pp 25-36.
2. McMurray, TA, Byrne, J.A., Dunlop, P.S.M., Winkelman, J.G.M., Eggins, B.R., en McAdams, E.T., „Intrinsieke kinetica van photocatalytic oxydatie van miere en oxalic zuur op geïmmobiliseerde TiO2 films.“ Toegepaste Katalyse A: Algemeen, 2004, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W., en Bruine N.M.D., cel Photoelectrochemical voor de gecombineerde photocatalytic oxydatie van organische verontreinigende stoffen en de terugwinning van metalen van afvalwateren. Toegepaste Katalyse B: Milieu, 1999, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L., en King E., degradatie Photocatalytic van 17 ß-oestradiol, Appl. Catal. B Milieu, 2000, 24, L1 - L5.
5. Coleman, H.M., Routledge, E.J., Sumpter, J.P., Eggins, B.R., en Byrne, J.A., „Snel verlies van estrogenicity van steroid oestrogenen door UVA fotolyse en photocatalysis over een geïmmobiliseerde katalysator van het titaniumdioxyde,“ het Onderzoek van het Water, 2004, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manga, N., en Eggins, B.R., de photocatalytic verwijdering van bacteriële verontreinigende stoffen van drinkwater, Dagboek van Fotochemie en Photobiology A: Chemie, 2002, 148, pp 355-363.
7. Dunlop P S M, McMurray T A, Hamilton J inactivering J, Byrne J A, de „Photocatalytic van W van de sporen van Clostridium perfringens op TiO2 elektroden“, Dagboek van Fotochemie en Photobiology A: Chemie, 2008, 196, 113-119

Copyright AZoNano.com, Dr. John Byrne (Universiteit van Ulster)

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

Last Update: 13. June 2013 23:06

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit