Forskare från Shanghai University of Electric Power of College of Energy and Mechanical Engineering har utvecklat en ny högeffektiv fotokatalysator för borttagning av kvicksilver.

De publicerade sitt arbete i Energy Material Advances .

"Det är absolut nödvändigt att utveckla energibesparande, säker och hållbar fotokatalytisk teknik för borttagning av kvicksilver", säger pappersförfattaren Wu Jiang, professor vid College of Energy and Mechanical Engineering vid Shanghai University of Electric Power. "För närvarande står termokatalytiska teknologier för större delen av marknaden, men de är begränsade när det gäller tillverkningskostnader och hållbarhet,"

Wu förklarade att som ett alternativ till termokatalytisk teknologi har fotokatalysteknik flera betydande fördelar, särskilt som en fotokatalytisk teknik för borttagning av kvicksilver för rökgaser, som effektivt kan kontrollera rökgasutsläppen av kvicksilver.

"Fotokatalytisk teknik använder principen att omvandla solenergi till kemisk energi, vilket har stor potential för att lösa problemet med luftföroreningar och har egenskaperna för miljövänlighet, energibesparing, säkerhet och hållbar utveckling," sa Wu.

"Fotokatalytisk oxidativ kvicksilverborttagningsteknik [använder] generering av aktiva fria radikaler under synligt ljus, [oxiderar] Hg ⁰ till Hg ²⁺ , och [använder] befintlig luftföroreningsutrustning för att avlägsna kvicksilver. Tekniken har ingen sekundär förorening, god stabilitet och tillämpas gradvis i föroreningskontroll."

Fotokatalytisk teknologi kan dock inte bara bytas ut mot termisk katalytisk teknologi för att avlägsna rökgaskvicksilver. Effektiva fotokatalysatorer för borttagning av kvicksilver måste ha följande villkor:

(1) Litet bandgap, vilket kan förbättra responsspektralområdet och förbättra utnyttjandegraden av ljusenergi.

(2) Det bör säkerställas att valensbandspotentialen för materialet korrigeras jämfört med potentialen som kan producera ett starkt oxiderande ämne, och materialets ledningspotential bör vara mer negativ än potentialen som kan producera ett starkt oxiderande ämne .

(3) Mer aktiva platser:den nuvarande uppfattningen av den katalytiska gemenskapen är att den aktiva sidan har den högsta fotokatalytiska aktiviteten, så en större specifik yta krävs för att ladda fler aktiva platser och förbättra aktiviteten hos fotokatalysatorn.

(4) Högre bärarlivslängd, fotonexcitationselektronövergång, producerar elektron-hålpar, när elektron och hål in vivo rekombination, kommer inte att kunna ske katalytisk reduktionsreaktion, så att öka bärarlivslängden är för att förbättra sannolikheten för reaktionen mellan elektronhål och kvicksilver. Enligt Wu har utvecklingen och förbättringen av fotokatalytisk teknik för avlägsnande av kvicksilver en lång väg att gå.

Wu Jiang och hans team granskade tidigare arbete och utvecklade en serie vismutbaserade fotokatalytiska material för borttagning av kvicksilver. "Strategien att konstruera heterojunctions kan effektivt justera energinivåstrukturen för kompositfotokatalysatorer, optimera fotoresponsprestandan och påskynda den effektiva transporten och separationen av bärare."

"I detta arbete introducerar vi defektteknik och kopplar g-C₃ N₅ , vilket ytterligare förbättrar den fotokatalytiska kvicksilveravlägsnande prestandan hos vismutbaserade material. Våra resultat ger teoretiskt stöd för tillämpningen av g-C₃ N₅ och dess kompositer inom området för avlägsnande av rökgaskvicksilver."

"För att utveckla tillförlitliga och stabila fotokatalytiska material för borttagning av kvicksilver, konstruerade vi en g-C₃ N₅ /Bi₅ O₇ Jag kompositfotokatalysator genom kalcinering."

"Kompositens unika Z-schema heterojunction struktur har kväve och syre vakanser, vilket underlättar effektiv separation och migrering av elektroner och hål. Wu sa. I detta arbete, den fotokatalytiska kvicksilveravlägsnande reaktionsmekanismen av inbyggt elektriskt fält och defekt struktur co- behandling föreslås. Detta arbete öppnar en ny väg för syntes och utveckling av g-C₃ N₅ fotokatalytiska heteroövergångsmaterial."

Mer information: Weiqun Chu et al, Z-Scheme Heterojunction g-C 3 N 5 /Bi 5 O 7 I Högeffektiv fotokatalysator för avlägsnande av kvicksilver, Energimaterialframsteg (2023). DOI:10.34133/energymatadv.0064

Tillhandahålls av Beijing Institute of Technology Press Co., Ltd