使用改进的纳米技术水处理的 Photocatalytic 效率

约翰 Byrne纳米技术 & 集成生物工艺学中心阿尔斯特大学博士 Jordanstown 的
对应的作者: j.byrne@ulster.ac.uk

异种 photocatalysis 介入可以由光的吸收激发的使用半导体的材料。 photocatalysis 的应用包括水处理和洗净、航空处理和洗净和 ‘自清洗’表面。 光合作用的应用广泛也报告包括 photoelectrolytic 水分裂, CO2 减少和有机综合。 有在 photocatalytic 研究和应用使用的各种各样的材料。 这些材料重要属性包括对于励磁并且光波长是必需的带隙能源、化工和光化学稳定性、颗粒大小和表面。

使用纳诺构建的材料可能导致对颗粒大小的减少导致更加巨大的表面的被改进的 photocatalytic 效率和可能估量量子化作用。 前面为回应提供更加有效的站点,并且后者产生在吸收系数的一个增量在特定波长。 研究和行业应用的通常被使用的光催化剂材料是二氧化钛 (TiO2)。 这是,因为它 photostable,化工稳定, photoactive,比较便宜和无毒。

有多种途径对生产 nanostructured 钛白包括 sol 胶凝体、银灰色的热液,电化学氧化作用,化学气相沉积和等离子飞溅证言。 钛白有大约 3.2 eV 一个带隙能源并且是紫外吸收体。 当激发由这个电子漏洞在钛白配对的紫外光照射能起反应与水和被溶化的氧气到表单易反应的氧气种类哪些在水中可能攻击有机 (和无机) 污染物。 有效地,每个兴奋微粒成为驱动氧化还原的回应的一个纳诺电化学细胞在这个界面。 被分散的纳诺构建的 (但是很可能综合) 钛白可以为水处理和洗净使用。

暂挂用于实验室基于研究,并且甚而在大规模治疗系统,然而,必须从这杯水恢复这种催化剂在放电之前。 或者,这种催化剂可能被固定作为在一个固定的支持的基体的厚实或薄膜否定催化剂恢复阶段1

对水处理应用,使用反应器设计的被固定的影片存在问题由于成批转移限制2。 如果这种催化剂被固定在一个电子执行的支持的基体上,一个人可能使用此基体作为在一个 photoelectrochemical 细胞 (光电管) 的一 photoanode,在 photolytic 或 photogalvanic 模式下)。 例如,一种应用可能是有机物和被溶化的金属离子的同时减少的太阳被驱动的 photocatalytic 氧化作用对二隔间光电管3

Photocatalysis 报告是有效的各种各样的化工污染物包括持久的有机污染物 (POPs)。 一种有趣应用调查在阿尔斯特是女性激素 17 β雌二醇的破坏,并且它是类似物。 激素和激素仿造物被命名内分泌打乱的化学制品 EDCs 并且造成对这个环境的重大的威胁。

Photocatalysis 是由易反应的氧气种类的攻击导致有机污染物整体氧化作用通过半成品的一个退化进程。 这些半成品可能是正有害的象父项化合物。 关于雌激素化合物,确定 oestrogenic 属性的破坏是重要的。 这达到使用回应污染物的 oestrogenic 作用的酵母屏幕生物鉴定。 显示 photocatalysis 比在毁坏 17 B 雌二醇、 esterone 和雌三醇的 oestrogenic 作用的 UVA 光解有效4,5

最近研究在水中展示了配药的 photocatalytic 破坏。 假设 photocatalysis 生成易反应的氧气种类包括羟基、过氧化物自由基负离子和过氧化氢,它是进行往包含致病性 microogranisms 的水的消毒作用的处理的一个逻辑步骤。 的确, photocatalysis 报告是有效的各种各样的 microoganisms 包括细菌、病毒和原生动物。

大肠埃希氏菌是在您的肚腑居住细菌的类型的名字。 大肠埃希氏菌的多数类型是无害的。 然而,那些类型可能做您病残和导致腹泻。 一个类型导致记录的腹泻。 大肠埃希氏菌的最坏的类型导致血淋淋的腹泻,并且可能有时导致甚而肾衰竭和死亡。 这些问题是很可能发生对于儿童和在与弱的免疫系统的成人。

突破芽孢梭菌是一把绝氧,革兰氏阳性,孢子形成的标尺 (无法绝氧的平均值在自由氧气面前增长)。 它在这个环境里在人和许多家养和野生动物的肚腑广泛被分配和频繁地发生。

Cryptosporidium parvum 是导致 cryptosporidiosis 几个种类,这篇哺乳动物的小肠短文的一个寄生疾病的之一。

我们的在阿尔斯特的工作调查 E.coli 的钝化作用作为一个模型有机体使用6 photocatalysis 和电化学上协助解决 photocatalysis。 在后者,这个进程由外部电子偏心的应用协助解决。 当 E.coli 因本身之能力是病原生物和使用作为指示符为粪便污秽时,杀害是相对地容易的。 所以,学习消毒作用抗性种类的钝化作用是更加有趣的。

我们显示该 photocatalysis 和电化学上协助解决的 photocatalysis 请是有效的突破芽孢梭菌的孢子7。 此外,我们也显示出, photocatalysis 是有效的 Cryptosporidium parvum 原虫的 oocysts。 因为它对常规消毒作用是有抵抗性并且导致严重腹泻在人,此有机体是水产业的一个大问题。

阿尔斯特是打算调查水太阳消毒作用用于发展中国家的 EC FP6 Sodiswater 项目的一个合作伙伴。 通过装载一个透明瓶用水 (最好是玻璃或宠物) 和安置在直接阳光下,一个人在水中可能撤销多数病原生物,因此使这杯水更加安全喝。 假设世界人口的大约六分之一不得以进入对安全的水的,它在这样一个简单的进程中有意义使用星期日的功率。

当在世界各地使用 SODIS (太阳消毒作用) 时大约 2 百万人民,可能改进 SODIS 的增加。 另外,有对改善的需要在 SODIS 效率和质量保证这个最终用户的。

为此我们调查使用 photocatalysis 提高病原生物杀害的费率在小规模在实际星期日情况下在 Plataforma 太阳 de 阿尔梅里雅与毛发的费尔南德斯, CIEMAT,西班牙合作。 并且,我们开发传感器技术为这个最终用户提供自动化的控制和质量保证。 我们的合作者在肯尼亚、津巴布韦和南非包括合作伙伴。 纳米技术能帮助拯救在发展中国家的生命。


参考

1. Byrne J.A., Eggins B.R.,布朗 N.M.D。, McKinney B. 和唤醒 M., TiO2 污水的处理的粉末的钳制。 应用的催化 B : Environmental, 1998年, 17,页 25-36。
2. McMurray、 T.A.、 Byrne、 J.A.、 Dunlop、 P.S.M。, Winkelman、 J.G.M。, Eggins、 B.R. 和 McAdams、 E.T., “蚁酸和草酸的 photocatalytic 氧化作用内在动能学在被固定的 TiO2 影片的”。 应用的催化 A : 2004年, 262, 1, 105-110 将军。
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W. 和布朗 N.M.D。,有机污染物的联合的 photocatalytic 氧化作用的 Photoelectrochemical 细胞和金属恢复从废水的。 应用的催化 B : Environmental, 1999年, 20, L85。
4. 科尔曼 H.M., Eggins B.R., Byrne J.A.,帕尔默 F.L. 和 E., 17 ß 雌二醇的 Photocatalytic 降低, Appl 国王。 Catal。 环境的 B, 2000年, 24, L1 - L5。
5. 科尔曼、 H.M.、 Routledge、 E.J.、驮兽、 J.P.、 Eggins、 B.R. 和 Byrne、 J.A.、 “类固醇女性荷尔蒙 estrogenicity 迅速在一种被固定的二氧化钛催化剂的损失由 UVA 光解的和 photocatalysis”,水研究, 2004年, 38, 3233-3240
6. Dunlop、 P.S.M。, Byrne、 J.A.、 Manga、 N. 和 Eggins、 B.R.、细菌污染物 Photocatalytic 光化学删除从饮用水,日记帐和生物光学 A : 化学, 2002年, 148,页 355-363。
7. Dunlop P S M、 McMurray T A,哈密尔顿 J W J, Byrne J A, “突破芽孢梭菌孢子的 Photocatalytic 光化学钝化作用在 TiO2 电极的”,日记帐和生物光学 A : 化学, 2008年, 196, 113-119

版权 AZoNano.com,约翰 Byrne (阿尔斯特大学博士)

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

Last Update: 13. June 2013 22:59

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