Spændende nyt materiale bruger solenergi til at fjerne menneskeskabte farvestoffer fra vand

Et nyt kompositmateriale er blevet udviklet af forskere i Energy Safety Research Institute (ESRI) ved Swansea University, som viser lovende som en katalysator for nedbrydningen af ​​miljøskadelige syntetiske farvestoffer, forurenende stoffer, som frigives med en hastighed på næsten 300, 000 tons om året ud i verdens vand.

Denne roman, ikke-farligt fotokatalytisk materiale fjerner effektivt farveforurenende stoffer fra vand, adsorberer mere end 90 % af farvestoffet og øger farvestoffets nedbrydningshastighed med næsten ti gange ved brug af synligt lys.

Forskerne, ledet af Dr. Charles W. Dunill og Dr. Daniel Jones ved Energy Safety Research Institute i Swansea University, rapporterede deres opdagelse i Nature open access journal Videnskabelige rapporter .

Ved at opvarme reaktionsblandingen ved højt tryk inde i en forseglet beholder, kompositten er syntetiseret ved at dyrke ultratynde "nanowires" af wolframoxid på overfladen af ​​bittesmå partikler af tantalnitrid. Som et resultat af den utroligt lille størrelse af de to materialekomponenter - både tantalnitrid og wolframoxid er typisk mindre end 40 milliardtedele meter i diameter - giver kompositten et enormt overfladeareal til farvestoffangst.

Materialet fortsætter derefter med at nedbryde farvestoffet til mindre, harmløse molekyler, der bruger energien fra sollys, i en proces kendt som "fotokatalytisk nedbrydning". Efter at have fjernet de skadelige farvestoffer, Katalysatoren kan simpelthen filtreres fra det rensede vand og genbruges.

Mens den fotokatalytiske nedbrydning af farvestoffer er blevet undersøgt i flere årtier, det er først for relativt nylig, at forskere har udviklet materialer, der er i stand til at absorbere den synlige del af solspektret - andre materialer, såsom titaniumdioxid, er også i stand til at nedbryde farvestoffer ved hjælp af solenergi, men deres effektivitet er begrænset, da de kun absorberer højere energi, ultraviolet lys. Ved at gøre brug af en meget større række af spektret, materialer som dem, der bruges af ESRI-teamet ved Swansea University-teamet, er i stand til at fjerne forurenende stoffer med en langt overlegen hastighed.

Begge materialer, der er brugt i undersøgelsen, har tiltrukket sig betydelig interesse i de senere år. Wolfram oxid, i særdeleshed, betragtes som et af de mest lovende materialer til en række fotokatalytiske applikationer, på grund af sin høje elektriske ledningsevne, kemisk stabilitet og overfladeaktivitet, ud over dens stærke lysabsorbering. Som en halvleder med lavt båndgab, tantalnitrid er rød på grund af dets evne til at absorbere næsten hele spektret af synligt lys, og udvinder derfor en stor mængde energi fra sollys for at drive nedbrydningsprocesserne.

Imidlertid, det sande potentiale af de to materialer blev først realiseret, når de blev kombineret til en enkelt komposit. På grund af udvekslingen af ​​elektroner mellem de to materialer, testfarvestoffet, der blev brugt i undersøgelsen, blev nedbrudt af kompositten med omkring det dobbelte af den hastighed, som tantalnitrid opnåede alene, mens wolframoxid alene viste sig at være ude af stand til farvestofnedbrydning. I modsætning til andre førende fotokatalytiske materialer, hvoraf mange er giftige for både mennesker og vandlevende organismer, begge dele af kompositten er klassificeret som ikke-farlige materialer.

Forskerne, der er ansvarlige for undersøgelsen, mener, at deres forskning blot giver en smagsprøve på materialets potentiale. "Nu hvor vi har demonstreret vores kompositmateriale, vi sigter mod ikke blot at forbedre materialet yderligere, men også at begynde arbejdet med at opskalere syntesen til anvendelse i den virkelige verden." sagde Dr. Jones. "Vi undersøger også dens levedygtighed på andre områder, såsom fotokatalyseret spaltning af vand for at generere brint."