Den heterogena fotokatalysen (HPC) baserad avancerad oxidationsprocessen (AOP) är en miljövänlig teknik för att rena vatten från organiska och biologiska föroreningar i miljösystem. Fotokatalysatorernas övergripande katalytiska prestanda beror vanligtvis på ljusskörd, fotogenererad laddningsbärares separation och överföring samt ytreaktivitet.
Det finns många forskningsarbeten som försöker utforska fördelarna med HPC för vattenrening, men deras praktiska implementering är begränsad av olika skäl. Dessa inkluderar låg verkningsgrad, komplicerade fotoreaktorkonstruktioner, höga drift- och synteskostnader, fotokatalysatorförgiftning och snabb elektronhålsrekombination.
För att övervinna dessa problem har ett samarbete mellan den akademiska världen och industriella partners utvärderat ett system där högorganiserat nanoporöst fotokatalysatormaterial används synergistiskt med högeffektiva UVA-lysdioder, tunn vattenfilm och vattenskrubbning. Deras arbete publicerades i tidskriften Industrial Chemistry &Materials .
"Målet är att äntligen ha en fotokatalytisk reaktor som är energieffektiv, enkel i design och lätt att skala upp baserat på applikationen", förklarar John B Hayden från Waterdrape LLC (uppfinnare), även efter decennier av forskning och tusentals publicerad forskning artiklar finns det fortfarande en enorm klyfta mellan lovande forskningsarbete och industrialiseringen av teknik.
De flesta fotokatalytiska reaktorer använder nanopulvermaterial som har inneboende begränsningar. I labbskala är det lätt att centrifugera nanomaterialpulvret efter den fotokatalytiska oxidationen av föroreningen. Men i stor skala där tusentals liter vatten behöver behandlas, blir det utmanande att dispensera så mycket pulverbaserad fotokatalysator i vattnet och sedan se till att allt filtreras bort innan det behandlade vattnet slängs tillbaka i miljön .
Dessa slurrybaserade fotokatalytiska reaktorer är typiskt energiineffektiva och benägna att katalysatornedsmutsning eller fotoaggregation. Vi använde en immobiliserad fotokatalysator odlad direkt på ett titansubstrat, vilket eliminerade behovet av ultrafiltrering och gav mekanisk stabilitet till fotokatalysatorn.
Tunna vattenfilmer och vattenskrubbning höll fotoreaktorn mättad med syre, vilket reducerade elektron-hål-rekombinationen. Fotoreaktorn testades för verkliga tillämpningar som rengöring av badtunnor utan kemikalier.
Ett två månader långt experiment genomfördes på en hårt använd badtunna med en vattenvolym på 1200 L utan tillsats av klor, brom, ozon etc. Ingen ökning av den totala organiska föreningen (TOC) och kemisk syrebehov (COD) var uppmätt, vilket visar att den fotokatalytiska reaktorn kunde fullständigt oxidera de organiska och biologiska enheter som kommer in i vattnet.
När vi ser framåt hoppas företaget och forskarna att deras arbete ytterligare kommer att bidra till att utveckla miljövänlig teknik för vattenreningstillämpningar. Den enkla designen och skalbarheten hos fotoreaktorn tillsammans med mycket stabila, energieffektiva och långvariga UVA-lysdioder ger en teknik som är redo att uppnå sitt slutmål för industriella tillämpningar.
Teamet utför forskning för att förbättra prestandan hos tekniken som visar sig effektiv i olika vattenförhållanden, främst med fokus på joninterferensen i salthaltig miljö. De undersöker också möjligheten att använda denna ytterligare förbättrade avancerade oxidationsprocess (AOP)-teknik för att förstöra PFAS (för alltid kemikalier).
Mer information: Sapanbir S. Thind et al, Ett mycket effektivt fotokatalytiskt system för miljötillämpningar baserat på TiO2 nanomaterial, Industriell kemi och material (2023). DOI:10.1039/D3IM00053B
Tillhandahålls av Industrial Chemistry &Materials
