211service.com
Šviesos naudojimas vandeniui dezinfekuoti
Prieiga prie švaraus geriamojo vandens yra nuolatinė besivystančių šalių žmonių problema. Ir net miestai, kuriuose yra geros vandens valymo sistemos, ieško geresnių būdų, kaip tiekti saugesnį ir švaresnį vandenį. Dabar tarptautinė tyrimų grupė sukūrė fotokatalizatorių, kuris žada greitą ir veiksmingą vandens dezinfekciją naudojant saulės šviesą arba dirbtinę šviesą. Be to, fotokatalizatorius veikia ir išjungus šviesą, dezinfekuodamas vandenį net tamsoje.
Ateina švarus: Mikrografijoje matomas šviesa aktyvuoto katalizatoriaus paviršius, kuris dezinfekuoja vandenį net tamsoje. Azotu legiruoto titano oksido paviršiuje esančios paladžio nanodalelės padeda pailginti katalizatoriaus dezinfekavimo galią iki 24 valandų.
Jau seniai žinoma, kad vandens švitinimas didelio intensyvumo ultravioletiniais spinduliais naikina bakterijas. Pavyzdžiui, kai kurie vandens filtrai, skirti stovyklautojams ir žygeiviams, naudoja šią technologiją. Tyrėjai stengėsi padidinti metodo veiksmingumą pridėdami fotokatalizatorių, kuris aktyvuojamas UV spinduliais ir sukuria reaktyvius cheminius junginius, kurie skaido mikrobus į anglies dioksidą ir vandenį.
Naujasis fotokatalizatorius tai pagerina naudodamas matomą, o ne UV šviesą. Sintetina Jian-Ku Shang , medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius iš Ilinojaus universiteto, Urbana-Champaign, ir jo kolegos, fotokatalizatorius veikia su šviesa matomame spektre, kurio bangos ilgis yra nuo 400 iki 550 nanometrų. Jį sudaro titano oksido pluoštai – įprasta medžiaga, naudojama kaip baltas pigmentas – legiruotas azotu, kad sugertų matomą šviesą. Vien tik azoto legiruotas titano oksidas naikina bakterijas, nors ir neefektyviai. Tyrėjai į pluoštų paviršių pridėjo paladžio nanodalelių, kurios labai padidino dezinfekcijos efektyvumą. Jis ir jo kolegos iš Šenjango nacionalinės medžiagų mokslų laboratorijos Kinijoje paskelbė savo darbą internete Medžiagų chemijos žurnalas .
Būtų labai malonu tradicinių [fotokatalizatorių] medžiagų, kurias suaktyvino tik ultravioletinė spinduliuotė, aktyvumą perkelti į matomą, sako Aleksandras Orlovas, Niujorko Stony Brook universiteto medžiagų mokslo ir inžinerijos docentas. Jei pažvelgsite į saulės spektrus, jame yra tik 5 procentai ultravioletinių spindulių ir apie 46 matomų. Tokie fotokatalizatoriai leistų efektyviau panaudoti saulės energiją ir naudoti patalpose, nes fluorescenciniame apšvietime yra labai mažai ultravioletinių spindulių.
Shangas ir jo kolegos išbandė fotokatalizatorių, įdėdami jį į tirpalą, kuriame yra didelė koncentracija E. coli bakterijų, o po to skirtingą laiką šviečia halogenine stalo lempa ant tirpalo. Po valandos bakterijų koncentracija sumažėjo nuo 10 milijonų ląstelių litre iki vos vienos ląstelės 10 000 litrų.
Tyrėjai taip pat išbandė fotokatalizatoriaus gebėjimą dezinfekuoti tamsoje. Jie apšvietė pluoštus 10 valandų, kad imituotų dienos šviesos poveikį, o po to įvairius laikus laikė juos tamsoje. Net ir po 24 valandų fotokatalizatorius vis tiek naikino bakterijas. Tiesą sakant, pakako vos kelių minučių apšvietimo, kad fotokatalizatorius išliktų aktyvuotas iki tiek laiko.
Paprastai, kai turite fotokatalizatorių, veikla sustoja beveik akimirksniu, kai išjungiama šviesa, sako Shang. Jūsų sukurtos cheminės medžiagos truks tik kelias nanosekundes. Tai yra esminis fotokatalizinės sistemos trūkumas, nes iš esmės visą laiką reikia įjungti šviesą.
Paladžio nanodalelės padidina fotokatalizatoriaus galią dviem būdais. Kai fotonai atsitrenkia į medžiagą, jie sukuria teigiamų ir neigiamų krūvių poras - skyles ir elektronus. Teigiamai įkrautos skylės azotu legiruoto titano oksido paviršiuje reaguoja su vandeniu ir susidaro hidroksilo radikalai, kurie puola bakterijas. Paladžio nanodalelės sugriebia elektronus, todėl dauguma jūsų sukurtų skylių galės išgyventi be elektronų neutralizavimo, sako Shang.
Kai tik jos sugriebia elektronus, nanodalelės pereina į kitą cheminę būseną ir išsaugo neigiamus krūvius. Kai šviesa išjungiama, tas įkrovimas lėtai atleidžiamas, o lėtas atleidimas suteikia mums atminties efektą, sako Shang. Šis krūvis gali reaguoti su vandens molekulėmis ir vėl gaminti oksiduojančius agentus. Jis sako, kad kitų pereinamųjų metalų, tokių kaip sidabras, nanodalelės taip pat padidina fotokatalizatoriaus efektyvumą.
Fotokatalizatorius suteikia galimybę dezinfekuoti visą galią dieną ir toliau dirbti naktį arba nutrūkus elektros tiekimui. Be to, kadangi dezinfekcija vyksta greitai, sistemos gali būti sukurtos valyti didelius vandens kiekius, veikiant jį šviesai, kai vanduo teka vamzdžiais, sako Shang.