使用改進的納米技術水處理的 Photocatalytic 效率

約翰 Byrne納米技術 & 集成生物工藝學中心阿爾斯特大學博士 Jordanstown 的
對應的作者: j.byrne@ulster.ac.uk

異種 photocatalysis 介入可以由光的吸收激發的使用半導體的材料。 photocatalysis 的應用包括水處理和洗淨、航空處理和洗淨和 『自清洗』表面。 光合作用的應用廣泛也報告包括 photoelectrolytic 水分裂, CO2 減少和有機綜合。 有在 photocatalytic 研究和應用使用的各種各樣的材料。 這些材料重要屬性包括對於勵磁並且光波長是必需的帶隙能源、化工和光化學穩定性、顆粒大小和表面。

使用納諾構建的材料可能導致對顆粒大小的減少導致更加巨大的表面的被改進的 photocatalytic 效率和可能估量量子化作用。 前面為回應提供更加有效的站點,并且後者產生在吸收系數的一個增量在特定波長。 研究和行業應用的通常被使用的光催化劑材料是二氧化鈦 (TiO2)。 這是,因為它 photostable,化工穩定, photoactive,比較便宜和無毒。

有多種途徑對生產 nanostructured 鈦白包括 sol 膠凝體、銀灰色的熱液,電化學氧化作用,化學氣相沉積和等離子飛濺證言。 鈦白有大約 3.2 eV 一個帶隙能源並且是紫外吸收體。 當激發由這個電子漏洞在鈦白配對的紫外光照射能起反應與水和被溶化的氧氣到表單易反應的氧氣種類哪些在水中可能攻擊有機 (和無機) 汙染物。 有效地,每個興奮微粒成為驅動氧化還原的回應的一個納諾電化學細胞在這個界面。 被分散的納諾構建的 (但是很可能綜合) 鈦白可以為水處理和洗淨使用。

暫掛用於實驗室基於研究,并且甚而在大規模治療系統,然而,必須從這杯水恢復這種催化劑在放電之前。 或者,這種催化劑可能被固定作為在一個固定的支持的基體的厚實或薄膜否定催化劑恢復階段1

对水處理應用,使用反應器設計的被固定的影片存在問題由於成批轉移限制2。 如果這種催化劑被固定在一個電子執行的支持的基體上,一個人可能使用此基體作為在一個 photoelectrochemical 細胞 (光電管) 的一 photoanode,在 photolytic 或 photogalvanic 模式下)。 例如,一種應用可能是有機物和被溶化的金屬離子的同時減少的太陽被驅動的 photocatalytic 氧化作用對二隔間光電管3

Photocatalysis 報告是有效的各種各樣的化工汙染物包括持久的有機汙染物 (POPs)。 一種有趣應用調查在阿爾斯特是女性激素 17 β雌二醇的破壞,并且它是類似物。 激素和激素仿造物被命名內分泌打亂的化學製品 EDCs 并且造成對這個環境的重大的威脅。

Photocatalysis 是由易反應的氧氣種類的攻擊導致有機汙染物整體氧化作用通過半成品的一個退化進程。 這些半成品可能是正有害的像父項化合物。 關於雌激素化合物,確定 oestrogenic 屬性的破壞是重要的。 這達到使用回應汙染物的 oestrogenic 作用的酵母屏幕生物鑒定。 顯示 photocatalysis 比在毀壞 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藥的 photocatalytic 破壞。 假設 photocatalysis 生成易反應的氧氣種類包括羥基、過氧化物自由基負離子和過氧化氫,它是進行往包含致病性 microogranisms 的水的消毒作用的處理的一個邏輯步驟。 的確, photocatalysis 報告是有效的各種各樣的 microoganisms 包括細菌、病毒和原生動物。

大腸埃希氏菌是在您的肚腑居住細菌的類型的名字。 大腸埃希氏菌的多數類型是無害的。 然而,那些類型可能做您病殘和導致腹瀉。 一個類型導致記錄的腹瀉。 大腸埃希氏菌的最壞的類型導致血淋淋的腹瀉,并且可能有時導致甚而腎衰竭和死亡。 這些問題是很可能發生對於兒童和在與弱的免疫系統的成人。

突破芽孢梭菌是一把绝氧,革蘭氏陽性,孢子形成的標尺 (無法绝氧的平均值在自由氧氣面前增長)。 它在這個環境裡在人和許多家養和野生動物的肚腑廣泛被分配和頻繁地發生。

Cryptosporidium parvum 是導致 cryptosporidiosis 幾個種類,這篇哺乳動物的小腸短文的一個寄生疾病的之一。

我們的在阿爾斯特的工作調查 E.coli 的鈍化作用作為一個模型有機體使用6 photocatalysis 和電化學上協助解決 photocatalysis。 在後者,這個進程由外部電子偏心的應用協助解決。 當 E.coli 因本身之能力是病原生物和使用作為指示符為糞便汙穢時,殺害是相對地容易的。 所以,學習消毒作用抗性種類的鈍化作用是更加有趣的。

我們顯示該 photocatalysis 和電化學上協助解決的 photocatalysis 请是有效的突破芽孢梭菌的孢子7。 此外,我們也顯示出, photocatalysis 是有效的 Cryptosporidium parvum 原蟲的 oocysts。 因為它對常規消毒作用是有抵抗性并且導致嚴重腹瀉在人,此有機體是水產業的一個大問題。

阿爾斯特是打算調查水太陽消毒作用用於發展中國家的 EC FP6 Sodiswater 項目的一個合作夥伴。 通過裝載一個透明瓶用水 (最好是玻璃或寵物) 和安置在直接陽光下,一個人在水中可能撤銷多數病原生物,因此使這杯水更加安全喝。 假設世界人口的大約六分之一不得以進入對安全的水的,它在這樣一個簡單的進程中有意義使用星期日的功率。

當在世界各地使用 SODIS (太陽消毒作用) 時大約 2 百萬人民,可能改進 SODIS 的增加。 另外,有對改善的需要在 SODIS 效率和質量保證這個最終用戶的。

為此我們調查使用 photocatalysis 提高病原生物殺害的費率在小規模在實際星期日情況下在 Plataforma 太陽 de 阿爾梅裡雅與毛髮的費爾南德斯, CIEMAT,西班牙合作。 並且,我們開發傳感器技術為這個最終用戶提供自動化的控制和質量保證。 我們的合作者在肯尼亞、津巴布韋和南非包括合作夥伴。 納米技術能幫助拯救在發展中國家的生命。


參考

1. Byrne J.A., Eggins B.R.,布朗 N.M.D。, McKinney B. 和喚醒 M., TiO2 汙水的處理的粉末的鉗製。 應用的催化 B : Environmental, 1998年, 17,頁 25-36。
2. McMurray、 T.A.、 Byrne、 J.A.、 Dunlop、 P.S.M。, Winkelman、 J.G.M。, Eggins、 B.R. 和 McAdams、 E.T., 「蟻酸和草酸的 photocatalytic 氧化作用內在動能學在被固定的 TiO2 影片的」。 應用的催化 A : 2004年, 262, 1, 105-110 將軍。
3. Byrne J.A., Eggins B.R., Byers W. 和布朗 N.M.D。,有機汙染物的聯合的 photocatalytic 氧化作用的 Photoelectrochemical 細胞和金屬恢復從廢水的。 應用的催化 B : Environmental, 1999年, 20, L85。
4. 科爾曼 H.M., Eggins B.R., Byrne J.A.,帕爾默 F.L. 和 E., 17 ß 雌二醇的 Photocatalytic 降低, Appl 國王。 Catal。 環境的 B, 2000年, 24, L1 - L5。
5. 科爾曼、 H.M.、 Routledge、 E.J.、馱獸、 J.P.、 Eggins、 B.R. 和 Byrne、 J.A.、 「類固醇女性荷爾蒙 estrogenicity 迅速在一種被固定的二氧化鈦催化劑的損失由 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.、細菌汙染物 Photocatalytic 光化學刪除從飲用水,日記帳和生物光學 A : 化學, 2002年, 148,頁 355-363。
7. Dunlop P S M、 McMurray T A,哈密爾頓 J W J, Byrne J A, 「突破芽孢梭菌孢子的 Photocatalytic 光化學鈍化作用在 TiO2 電極的」,日記帳和生物光學 A : 化學, 2008年, 196, 113-119

版權 AZoNano.com,約翰 Byrne (阿爾斯特大學博士)

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

Last Update: 13. June 2013 23:02

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