Vattenföroreningar från färgämnen som används i textil-, livsmedels-, kosmetika- och annan tillverkning är ett stort ekologiskt problem för industrin och forskare som söker biokompatibla och mer hållbara alternativ för att skydda miljön.
En ny studie ledd av Flinders University har upptäckt ett nytt sätt att bryta ner och potentiellt ta bort giftiga organiska kemikalier inklusive azofärgämnen från avloppsvatten, med hjälp av en kemisk fotokatalysprocess som drivs av ultraviolett ljus.
Professor Gunther Andersson, från Flinders Institute for NanoScale Science and Technology, säger att processen innefattar att skapa metalliska "kluster" av bara nio guld (Au) atomer kemiskt "förankrade" till titandioxid som i sin tur driver reaktionen genom att omvandla energin från absorberad UV-ljus.
Guldnanokluster-samkatalysatorerna förbättrar titandioxidens fotokatalytiska arbete och minskar tiden som krävs för att slutföra reaktionen med en faktor sex, enligt den nya tidskriftsartikeln i Solar RRL.
"Dessa typer av heterogena halvledarmedierade fotokatalyssystem ger en betydande fördel gentemot andra avancerade kemiska processer", säger professor Andersson, från College of Science and Engineering.
"Det kan underlätta mineraliseringen av ett stort antal organiska föroreningar, som azofärgämnen, till vatten- och koldioxidmolekyler med hög nedbrytningseffektivitet."
En mängd olika fysiska, kemiska och biologiska processer används för närvarande för att avlägsna cancerframkallande och motsträviga organiska föreningar från vatten.
Ett brett spektrum av kemiska industrier, inklusive färgtillverkning, textil- och kosmetikaproduktion, släpper ut giftiga och icke biologiskt nedbrytbara färgämnen i miljön. Nästan hälften av de färgämnen som används i textil- och färgämnesindustrin är azofärgämnen. Metylorange används ofta som ett vattenlösligt azofärgämne.
Med detta i åtanke har Flinders Universitys nanoteknikforskare också visat användbarheten av denna guldklustersamkatalysator och modifierade halvledare för syntes av de nya fotokatalyssystemen för nedbrytning av metylorange.
Denna studie, publicerad i Applied Surface Science , testade fotokatalysen i en virvelvätskeanordning utvecklad vid Flinders University i professor Colin Rastons nanotekniska laboratorium.
Medförfattare Flinders Ph.D. Dr. Anahita Motamedisade säger att traditionella reningsmetoder för avloppsvatten ofta inte effektivt tar bort farliga föroreningar från avloppsvattnet.
"Anledningen till detta är att vissa kemikalier, särskilt de med aromatiska ringar, är resistenta mot kemisk, fotokemisk och biologisk nedbrytning", säger Dr Motamedisade, som nu är forskare vid Center for Catalysis and Clean Energy vid Griffith University.
"Dessutom genererar de farliga biprodukter genom att oxidera, hydrolysera eller genomgå andra kemiska reaktioner av syntetiska färgämnen som innehåller avloppsvatten, vilka är detekterbara var de än kasseras.
"Vi hoppas kunna bygga vidare på dessa mer hållbara och grundliga fotokatalytiska nedbrytningsprocesser för att hjälpa till att helt ta bort toxiner och ta itu med detta globala problem."
Forskningen har inspirerats av Dr. Motamedisades Ph.D. forskning som inkluderar bättre sätt att behandla vingårdsavloppsvatten.
Mer information: Anahita Motamedisade et al, Enhanced Photocatalytic Degradation of Methyl Orange Using Nitrogen-Functionalized MesoporousTiO2 Dekorerad med Au9 Nanokluster, Solar RRL (2024). DOI:10.1002/solr.202300943
Anahita Motamedisade et al, Au9 kluster avsatta som co-katalysatorer på S-modifierad mesoporös TiO2 för fotokatalytisk nedbrytning av metylorange, Applied Surface Science (2024). DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159475
Tillhandahålls av Flinders University
