von Beijing Zhongke Journal Publising Co. Ltd.
Mit der rasanten Entwicklung der Urbanisierung und Industrialisierung wurden die Umweltprobleme immer gravierender. Farbstoffabwässer gelten aufgrund ihrer hohen Toxizität als eine der größten Herausforderungen. Organische Farbstoffe haben mutagene, teratogene und krebserregende Eigenschaften und bedrohen die Gesundheit und das Leben des Menschen, während sie gleichzeitig die Photosynthese der Pflanzen behindern, was Risiken für das Ökosystem mit sich bringt. Zu den traditionellen Methoden zur Behandlung organischer Schadstoffe gehören die physikalische Methode, die biologische Methode und die chemische Methode.
Diese Methoden weisen Nachteile auf, darunter einen geringen Wirkungsgrad, einen hohen Energieverbrauch und eine unvollständige Behandlung. Daher ist die Entwicklung neuer Methoden zur Abwasserbehandlung erforderlich. Im Jahr 1972 führte Fujishima die bahnbrechende Arbeit der photokatalytischen Zersetzung von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff unter Verwendung von TiO2 als Photokatalysator durch. Danach wurde die photokatalytische Technologie für die Abwasserbehandlung entwickelt, da sie die Vorteile einer überlegenen Mineralisierungsfähigkeit, einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit und keiner Sekundärverschmutzung bietet.
TiO2 ist aufgrund seiner hohen katalytischen Aktivität, Ungiftigkeit, hervorragenden chemischen Stabilität und geringen Kosten ein weit verbreitetes photokatalytisches Material. Um die photokatalytische TiO2-Technologie anwenden zu können, ist es wichtig, einen photokatalytischen Reaktor mit einfacher Struktur, bequemer Montage und hervorragender Behandlungsleistung zu entwerfen.
In den letzten Jahren wurde die photokatalytische Technologie mit verschiedenen fortschrittlichen Oxidationsprozessen (AOPs) gekoppelt, um die photokatalytische Leistung zu verbessern. Es wurde berichtet, dass eine auf TiO2 basierende photokatalytische Technologie in Verbindung mit klassischen AOPs wie Fenton-Oxidation, Plasmaoxidation und Ozonoxidation die Behandlung organischer Schadstoffe verbessert.
Nanobläschen (NBs) sind extrem kleine Gasbläschen mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften, die sie für viele Anwendungen zu einer hervorragenden Belüftungsmethode machen. Nanobläschen werden aufgrund ihrer langen Verweilzeit, ihrer großen spezifischen Oberfläche und ihrer Fähigkeit, freie Radikale zu erzeugen, häufig in der Abwasserbehandlung eingesetzt. Die Forscher entwarfen einen photokatalytischen UV/NBs/P25-TiO2-Reaktor zum Abbau von Methylorange in Wasser. Die Ergebnisse zeigten, dass die photokatalytische Leistung der TiO2-Kopplung mit Nanoblasen im Vergleich zu der ohne Blasen um 11,6 % gesteigert ist.
Allerdings muss der TiO2-Photokatalysator nach dem photokatalytischen Abbau erneut abgetrennt und zurückgewonnen werden, was für das Design des photokatalytischen Reaktors ungünstig war. Daher war der feste Photokatalysator für den Zusammenbau des photokatalytischen Reaktors erforderlich.
Ein photokatalytischer Reaktor wurde unter Verwendung eines Ti-Netzes aufgebaut, das mit einer TiO2-Nanoröhrenanordnung beschichtet war, um organische Schadstoffe abzubauen. Die Reaktorkopplung mit Nanobläschen-Technologie zeigte eine hervorragende photokatalytische Abbaufähigkeit mit einer Abbaueffizienz von Rhodamin B (RhB) von 95,39 % nach der Bestrahlungsbehandlung. Die anderen organischen Schadstoffe, darunter Methylenblau, Tetracyclin und Oxytetracyclinhydrochlorid, waren alle mit diesem photokatalytischen Reaktor photoabbaubar, mit Abbaueffizienzen von 74,23 %, 68,68 % bzw. 64,10 %. Daher bietet diese Arbeit eine Strategie zur Entwicklung einer Kopplungstechnologie aus Photokatalyse und Nanoblasen zur Abwasserbehandlung.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Sensor- und Energiematerialien.
Mehr Informationen:
Zesen Lin et al., Abbau von Rhodamin B im photokatalytischen Reaktor, der mit Nanobläschen gekoppelte TiO2-Nanoröhrenarrays enthält, Fortschrittliche Sensor- und Energiematerialien (2023). DOI: 10.1016/j.asems.2023.100054
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