Mit Photokatalysatoren krebserregende Schwermetalle aus Abwasser entfernen

Im Abwasser gefundene giftige Schwermetalle haben gesundheitliche und sicherheitstechnische Auswirkungen auf die von Umweltverschmutzung betroffenen Gemeinden. Sechswertiges Chrom ist ein gefährliches, krebserregendes Nebenprodukt industrieller Prozesse, das bekanntermaßen Geburtsfehler und schweren Durchfall verursacht und mit Nieren-, Blasen- und Leberkrebs in Verbindung gebracht wird. Bekanntlich war es das Zentrum des Prozesses, der im Film „Erin Brockovich“ dramatisiert wurde.

Forscher versuchen, effektive Wege zu finden, um sechswertiges Chrom aus Abwasser zu entfernen, und ein kürzlich veröffentlichtes Papier zeigt, wie photokatalytische Technologie eine Lösung sein kann. Photokatalyse ist, wenn Licht und ein Katalysator verwendet werden, um chemische Reaktionen zu beschleunigen.

Das Papier erschien in Polyoxometallate.

„Die schnelle Industrialisierung führt zu einer erhöhten Freisetzung von Abwasser, das Schwermetallionen enthält. Sechswertiges Chrom, das eine hohe Karzinogenität und Teratogenität aufweist, ist weit verbreitet im Abwasser und kann leicht in die Nahrungskette gelangen“, sagte Yuan-Yuan Ma, ein Forscher an der Hebei Normal University in Shijiazhuang, China. Die Photokatalyse-Technologie ist eine attraktive Lösung zur Entfernung von Schwermetallen aus Abwasser, da sie nachhaltig, kostengünstig und umweltfreundlich ist.

„Dieser umweltfreundliche Ansatz zur Entfernung von Schwermetallionen nutzt nachhaltige Lichtenergie über kristalline Photokatalysatoren auf Phosphomolybdat-Basis vom Sanduhrtyp und entwickelt eine Strategie zur Regulierung der photokatalytischen Leistung durch Anpassung der zentralen Metallionen in Phosphomolybdat-Clustern vom Sanduhrtyp“, sagte Ma . Die Forscher wählten diesen speziellen Photokatalysatortyp aufgrund seiner molekularen Eigenschaften und seiner wohldefinierten sanduhrartigen Struktur, die ihm eine breite Lichtabsorptionsfähigkeit und die Bandstruktur verleihen, die erforderlich ist, um den Gehalt an sechswertigem Chrom zu reduzieren.

Die Forscher testeten vier „hybride“ Photokatalysatoren und verglichen sie mit sechs anderen Photokatalysatoren. Die Hybriden hatten leicht unterschiedliche Zusammensetzungen, aber alle hatten die gleiche sanduhrartige Struktur, die bis zu 200 Grad Celsius aufrechterhalten werden konnte. Sie hatten eine breite Absorption von sichtbarem Licht und ähnliche Energiebandstrukturen. Die Forscher bezeichneten diese als Hybrid 1, 2, 3 und 4. Nach 80-minütiger Einwirkung von 10-W-LED-Licht hatten Hybrid 1 und 3 eine etwa 90-prozentige Verringerung des sechswertigen Chroms, während 2 und 4 etwa 74 % und 71 % aufwiesen % Reduzierung des sechswertigen Chroms.

Die Hybride schnitten im Allgemeinen besser ab als jeder der getesteten Photokatalysatoren. Hybride 1 und 3, die am besten abschnitten, waren beide auf MnP4MO62 basierende Hybride. Die Hybride 2 und 4 basierten auf CoP4MO62. Die Forscher vermuten, dass die bessere Leistung auf strukturelle Unterschiede zurückzuführen ist, die den Hybriden 1 und 3 eine schmalere Bandlücke verliehen. „Die Halbleiter-Photokatalysatoren in photokatalytischen Prozessen können Photonen absorbieren, die ihrer Bandlückenenergie entsprechen, was zur Umwandlung von giftigem sechswertigem Chrom in weniger giftiges Chrom führt“, sagte Ma.

Mit Blick auf die Zukunft werden sich die Forscher auf die Verbesserung des Designs der Photokatalysatoren konzentrieren und gleichzeitig planen, wie diese Technologie am besten in eine reale Abwasserumgebung gebracht werden kann. „Die Entwicklung effektiver Photokatalysatoren ist der erste Schritt, um die Schwermetallverschmutzung im Wasser zu lösen“, sagte Ma. „Wir werden effizientere Photokatalysatoren entwerfen und die entwickelten Photokatalysatoren auf tatsächliches Industrieabwasser anwenden. Wir werden auch den Behandlungsbereich von verschmutzten Wasserquellen erweitern und uns bemühen, die Praktikabilität der verwendeten Photokatalysatormaterialien zu realisieren.“