Фотокаталитическая технология усовершенствована с помощью массивов нанотрубок и нанопузырьков TiO2

Aug 29, 2023

16 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

Пекинская компания Zhongke Journal Publishing Co. Ltd.

С быстрым развитием урбанизации и индустриализации экологические проблемы становились все более серьезными. Сточные воды красителей считаются одной из самых больших проблем из-за их высокой токсичности. Органические красители обладают мутагенными, тератогенными и канцерогенными свойствами, угрожают здоровью и жизни человека, препятствуя фотосинтезу растений, что несет риски для экосистемы. Традиционные методы очистки органических загрязнителей включают физический метод, биологический метод и химический метод.

Эти методы имеют такие недостатки, как низкая эффективность, высокие энергозатраты и неполная очистка, поэтому необходима разработка новых методов очистки сточных вод. В 1972 году Фудзисима выполнил новаторскую работу по фотокаталитическому разложению воды с получением водорода, используя TiO2 в качестве фотокатализатора. После этого была разработана фотокаталитическая технология очистки сточных вод благодаря ее преимуществам, заключающимся в превосходной минерализации, высокой скорости реакции и отсутствии вторичного загрязнения.

TiO2 является распространенным фотокаталитическим материалом из-за его высокой каталитической активности, нетоксичности, превосходной химической стабильности и низкой стоимости. Для применения фотокаталитической технологии TiO2 необходимо разработать фотокаталитический реактор с простой конструкцией, удобной сборкой и отличными характеристиками очистки.

В последние годы фотокаталитическая технология сочетается с различными передовыми процессами окисления (АОП) для улучшения фотокаталитических характеристик. Сообщалось, что фотокаталитическая технология на основе TiO2 в сочетании с классическими АОП, такими как окисление Фентона, плазменное окисление и окисление озоном, улучшает очистку органических загрязнителей.

Нанопузырьки (NB) — это чрезвычайно маленькие пузырьки газа с уникальными физическими свойствами, которые делают их превосходным методом аэрации для многих применений. Нанопузырьки широко используются при очистке сточных вод из-за их длительного времени пребывания, большой удельной поверхности и способности генерировать свободные радикалы. Исследователи разработали фотокаталитический реактор UV/NBs/P25-TiO2 для разложения метилоранжа в воде. Результаты показали, что фотокаталитическая эффективность взаимодействия TiO2 с нанопузырьками увеличивается на 11,6% по сравнению с таковой без пузырьков.

Однако фотокатализатор TiO2 необходимо повторно отделить и восстановить после фотокаталитического разложения, что неблагоприятно для конструкции фотокаталитического реактора. Поэтому для сборки фотокаталитического реактора потребовался фиксированный фотокатализатор.

Фотокаталитический реактор был собран с использованием Ti-сетки, покрытой массивом нанотрубок TiO2 для разложения органических загрязнителей. Сочетание реактора с технологией нанопузырьков показало выдающуюся способность к фотокаталитическому разложению: эффективность разложения родамина Б (RhB) после обработки облучением составила 95,39%. Другие органические загрязнители, включая метиленовый синий, тетрациклин и гидрохлорид окситетрациклина, поддавались фоторазложению с использованием этого фотокаталитического реактора с эффективностью разложения 74,23%, 68,68% и 64,10% соответственно. Таким образом, эта работа представляет собой стратегию разработки технологии сочетания фотокатализа и нанопузырьков для очистки сточных вод.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Sensor and Energy Materials.

Больше информации: Зесен Лин и др., Деградация родамина B в фотокаталитическом реакторе, содержащем массивы нанотрубок TiO2 в сочетании с нанопузырьками, Advanced Sensor and Energy Materials (2023). DOI: 10.1016/j.asems.2023.100054