Genom Att Använda Nanotechnology för Att Förbättra Photocatalytic Effektivitet för Bevattna Behandling

Dr John Byrne, Nanotechnology & Inbyggd BioEngineering Centrerar, Universitetar av Ulster på Jordanstown
Motsvarande författare: j.byrne@ulster.ac.uk

Den Heterogena photocatalysisen gäller bruket av halv-föra som är materiellt, som kan vara upphetsad vid absorberingen av ljust. Applikationerna av photocatalysisen inkluderar bevattnar behandling och purification, luftar behandling och purification, och ”ytbehandlar själv-lokalvård”. Photosynthetic applikationer är brett anmält inklusive photoelectrolytic bevattnar också att dela, CO-2 förminskning och organisk syntes. Det finns en lång räcka av material som används i photocatalytic forskning och applikationer. Den viktiga rekvisitan av dessa material inkluderar musikbandmellanrumsenergin och hence våglängden av ljust som krävs för magnetisering, den kemiska och fotokemiska stabiliteten, storleksanpassar ytbehandlar partikeln och område.

Bruket av nano-strukturerade material kan leda till förbättrad photocatalytic effektivitet var förminskningen i partikel storleksanpassar resultat i ett mer stor ytbehandlar område och storleksanpassar eventuellt quantisation verkställer. Gamlan ger mer aktivplatser för reaktion, och sistnämnden ger en förhöjning i absorberingen som är samverka på specifika våglängder. Den mest gemensam använda photocatalysten som är materiell för forskning och industriella applikationer, är titanium dioxid (TiO2). Detta är, därför att den är photostable, chemically stabilt, photoactive, förhållandevis billigt och non-giftet.

Det finns olika ruttar till att producera den nanostructured inklusive solenoid-gelen för titania, hydrothermal electrochemical oxidation av titaniumen, kemisk dunstavlagring och fräsande avlagring för plasma. Titania har en musikbandmellanrumsenergi av eV omkring 3,2 och är därför en UV något som absorberar någonting. När det är upphetsad vid UV irradiation som elektron-spela golfboll i hål parar i titaniaen, kan reagera med bevattnar och upplöst syre för att bilda reactive syreart som kan anfalla organiska (och oorganiska) föroreningar i bevattna. Effektivt blir varje upphetsad partikel enelectrochemical cell som kör redoxreaktioner på ha kontakt. Dispersed nano-strukturerad (men troligen samlat) titania kan användas för bevattnar behandling och purification.

Upphängningar har använts i labbet baserad forskning, och även på stora fjällbehandlingsystem, emellertid, måste katalysatorn återställas från bevattna före urladdning. Alternativt kan filmar katalysatorn immobiliseds som tjockt eller thin på en fast understödja substrate för att förneka katalysatoråterställningen arrangerar1.

För bevattna behandlingapplikationer, bruket av immobilised filmar gåvor som problem för reaktordesign samlas tack vare överföringsbegränsningar2. Om katalysatorn immobiliseds på föra en elektriskt understödja substrate, kan man använda denna substrate som en photoanode i en photoelectrochemical cell (PEC), endera i photolytic eller photogalvanic funktionsläge). Till exempel kan en applikation vara den sol- drivande photocatalytic oxidationen av organics, och den samtidiga förminskningen av upplöst belägger med metall joner i en PEC för två rum3.

Photocatalysis har anmälts för att vara effektiv mot en lång räcka av kemiska ihärdiga organiska föroreningar för föroreningar däribland (POPs). En intressant applikation som utforskades på Ulster, var förstörelsen av den kvinnliga β-oestradiolen för hormon 17, och det är analoger. Hormon och hormonimitatörar benämnas avbrytande kemikalieer EDCs för endocrinen och poserar ett viktigt hot till miljön.

Photocatalysis är ett degradative bearbetar var attack vid reactive syreart resulterar i den total- oxidationen av en organisk förorening via mellanliggande produkter. Dessa intermediates kan vara precis så skadliga som föräldersammansättningen. I förhållande till oestrogensammansättningarna är det viktigt att bestämma förstörelsen av den oestrogenic rekvisitan. Detta uppnåddes genom att använda en jäst avskärmer bioassayen som reagerar till det oestrogenic verkställer av föroreningar. Det visades, att photocatalysisen var effektivare, än UVA-photolysis, i förstörelse det oestrogenic, verkställer av 17-B-oestradiol, esterone och estriol4,5.

Nyare forskning har visat den photocatalytic förstörelsen av pharmaceuticals bevattnar in. Givet, att photocatalysisen frambringar reactive syreart den inklusive hydroxylradikalen, den radikala anionen för superoxide och väteperoxiden, är det ett logiskt kliver för att applicera behandlingen in mot desinficeringen av bevattnar att innehålla pathogenic microogranisms. Sannerligen har photocatalysisen anmälts för att vara effektiv mot en lång räcka av bakterier, virus och urdjuret för microoganisms inklusive.

Escherichia Coli är det känt av en typ av bakterier som bor i dina inälvor. Mest typer av Escherichia Coli är oskadliga. Emellertid kan några typer göra dig sjuk och orsaka diarré. En typ orsakar handelsresande diarré. Den värst typen av Escherichia Coli orsakar blodig diarré och kan ibland orsaka fel och även död för njure. Dessa problem är mest rimlig att uppstå i barn och i vuxen människa med svaga immunförsvar.

Clostridiumen perfringens är ett anaerobic, Gram-Realiteten, den sporeforming stången (oförmöget anaerobic hjälpmedel att växa i närvaroen av fritt syre). Den är brett utdelad i miljön och uppstår vanligt i inälvorna av människor och många inhemska och vilda djur.

Den Cryptosporidium parvumen är en av flera art, som orsakar cryptosporidiosis, en parasitic sjukdom av det däggdjurs- inälvs- området.

Vårt arbete på Ulster har utforskat inactivationen av E.coli som en modelleraorganism genom att använda6 photocatalysis och hjälpt electrochemically photocatalysis. I sistnämnden hjälps det processaa av applikationen av en yttre elektrisk snedhet. Stunden E.coli är en pathogen i dess egna rätt och används som en indikator för faecal förorening, det är förhållandevis lätt att döda. Därför är den mer intressant till studien inactivationen av resistent art för desinficering.

Vi har visat att den photocatalysis och den electrochemically hjälpta photocatalysisen var effektiv mot sporna av Clostridiumen perfringens7. Dessutom har vi också visat att photocatalysisen är effektiv mot protozoanoocystsna av den Cryptosporidium parvumen. Denna organism är ett stort problem för bevattnabranschen, därför att den är resistent till konventionell desinficering och orsakar sträng diarré hos människor.

Ulster är en partner i ECEN FP6 Sodiswater projekterar som syften att utforska den sol- desinficeringen av bevattnar för bruk i ett u-land. Vid enkelt fyllnads- buteljerar ett genomskinligt med bevattnar (helst glass eller ÄLSKLINGS-), och förlägga in rikta solljus, ett kan inactivate mest pathogens i bevattna, därför tolkningen bevattna som är säkrare att dricka. Givet att omkring en - sixthen av Världens befolkning har inte att ta fram till kassaskåpet bevattnar, det gör avkänning att använda driva av sunen, in som sådan enkla bearbetar.

Stunden SODIS (sol- desinficering) är den använda alltigenom världen by omkring 2 miljon folk, uptaken för SODIS kunde förbättras. Dessutom, finns det ett behov för förbättringar i SODIS-effektivitet och kvalitets- försäkring för avsluta - användare.

Till detta avsluta oss har utforskat bruket av photocatalysisen att förhöja klassa av byten av pathogens på det pilot- fjäll under den verkliga sunen villkorar på Plataformaen Sol- de Almeria i samarbete med Pilar Fernandez, CIEMAT, Spanien. Också har vi framkallat avkännareteknologier för att ge automatiserat kontrollerar och kvalitets- försäkring för avsluta - användare. Våra kollaboratörer inkluderar partners i Kenya, Zimbabwe och Sydafrika. Nanotechnology kunde hjälpa räddningliv i framkallningsvärlden.


Hänvisa till

1. Byrne J.A., Eggins B.R., Brun N.M.D., McKinney B., och Väcker M., Immobilisation av TiO2 pudrar för behandlingen av förorenat bevattnar. Applicerad Catalysis B: Miljö- 1998, 17, pp 25-36.
2. McMurray, T.A., Byrne, J.A., Dunlop, P.S.M., Winkelman, J.G.M., Eggins, B.R., och McAdams, E.T., ”Inneboende kinetics av photocatalytic oxidation av formic och oxalic syra på immobilised TiO2 filmar.”, Applicerad Catalysis A: General 2004, 262, 1, 105-110.
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W. och Bruntet N.M.D., den Photoelectrochemical cellen för den kombinerade photocatalytic oxidationen av organiska föroreningar och återställningen av belägger med metall från förloradt bevattnar. Applicerad Catalysis B: Miljö- 1999, 20, L85.
4. Coleman H.M., Eggins B.R., Byrne J.A., Palmer F.L. och Konung E., Photocatalytic degradering av ß-oestradiol 17, Appl. Catal. Miljö- B, 2000, 24, L1 - L5.
5. Coleman, H.M., Routledge, E.J., Sumpteren, J.P., Eggins, B.R., och Byrne, J.A., ”Forförlust av estrogenicityen av steroid- estrogens vid UVA-photolysis och photocatalysisen över en immobilised titanium dioxidkatalysator,” Bevattnar Forskning, 2004, 38, 3233-3240
6. Dunlop, P.S.M., Byrne, J.A., Manga, N. och Eggins, B.R., Den photocatalytic borttagningen av bakterie- föroreningar från dricksvatten, Förar Journal över av Photochemistry och Photobiology A: Kemi 2002, 148, pp 355-363.
7. Dunlop P S M, McMurray T A, Hamilton J W J, Byrne J A, ”Photocatalytic inactivation av Clostridiumperfringens spor på elektroder TiO2”, Förar Journal över av Photochemistry och Photobiology A: Kemi 2008, 196, 113-119

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Dr. John Byrne (Universitetar av Ulster)

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

Last Update: 13. June 2013 23:46

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