Forskere udvikler en ny højeffektiv fotokatalysator til fjernelse af kviksølv

Forskere fra Shanghai University of Electric Power ved College of Energy and Mechanical Engineering har udviklet en ny højeffektiv fotokatalysator til fjernelse af kviksølv.

De udgav deres arbejde i Energy Material Advances .

"Det er bydende nødvendigt at udvikle energibesparende, sikker og bæredygtig fotokatalytisk teknologi til fjernelse af kviksølv," sagde papirforfatter Wu Jiang, professor ved College of Energy and Mechanical Engineering ved Shanghai University of Electric Power. "I øjeblikket tegner termokatalytiske teknologier sig for det meste af markedet, men de er begrænset med hensyn til produktionsomkostninger og bæredygtighed,"

Wu forklarede, at fotokatalyseteknologi som et alternativ til termokatalytisk teknologi har adskillige væsentlige fordele, især som en fotokatalytisk kviksølvfjernelsesteknologi til røggas, som effektivt kan kontrollere røggassens kviksølvemissioner.

"Fotokatalytisk teknologi bruger princippet om at konvertere solenergi til kemisk energi, som har et stort potentiale til at løse problemet med luftforurening og har karakteristika af miljøvenlighed, energibesparelse, sikkerhed og bæredygtig udvikling," sagde Wu.

"Fotokatalytisk oxidativ kviksølvfjernelsesteknologi [bruger] generering af aktive frie radikaler under synligt lys, [oxiderer] Hg ⁰ til Hg ²⁺ , og [bruger] eksisterende luftforureningsudstyr til at fjerne kviksølv. Teknologien har ingen sekundær forurening, god stabilitet og anvendes gradvist i forureningskontrol."

Imidlertid kan fotokatalytisk teknologi ikke blot udskiftes med termisk katalytisk teknologi for at fjerne røggaskviksølv. Effektive fotokatalysatorer til fjernelse af kviksølv skal have følgende betingelser:

(1) Lille båndgab, som kan forbedre responsspektralområdet og forbedre udnyttelsesgraden af ​​lysenergi.

(2) Det bør sikres, at materialets valensbåndspotentiale er korrigeret i forhold til potentialet, der kan producere et stærkt oxiderende stof, og materialets ledningspotentiale bør være mere negativt end potentialet, der kan producere et stærkt oxiderende stof. .

(3) Mere aktive steder:Den nuværende opfattelse af det katalytiske samfund er, at det aktive sted har den højeste fotokatalytiske aktivitet, så der kræves et større specifikt overfladeareal for at indlæse flere aktive steder og forbedre fotokatalysatorens aktivitet.

(4) Højere bærerlevetid, fotonexcitationselektronovergang, producerer elektron-hul-par, når elektronen og hullet in vivo rekombination, ikke vil være i stand til at forekomme katalytisk reduktionsreaktion, så forøgelse af bærerens levetid er at forbedre sandsynligheden for reaktionen mellem elektronhuller og kviksølv. Ifølge Wu har udviklingen og forbedringen af ​​fotokatalytisk teknologi til fjernelse af kviksølv en lang vej at gå.

Wu Jiang og hans team gennemgik tidligere arbejde og udviklede en række vismut-baserede fotokatalytiske materialer til fjernelse af kviksølv. "Strategien med at konstruere heterojunctions kan effektivt justere energiniveaustrukturen af ​​kompositfotokatalysatorer, optimere fotoresponsydelsen og fremskynde den effektive transport og adskillelse af bærere."

"I dette arbejde introducerer vi defektteknik og kobler g-C₃ N₅ , hvilket yderligere forbedrer den fotokatalytiske kviksølvfjernelsesevne af bismuth-baserede materialer. Vores resultater giver teoretisk støtte til anvendelsen af ​​g-C₃ N₅ og dets kompositter inden for fjernelse af røggaskviksølv."

"For at udvikle pålidelige og stabile fotokatalytiske materialer til fjernelse af kviksølv, konstruerede vi en g-C₃ N₅ /Bi₅ O₇ Jeg kompositfotokatalysator ved calcinering."

"Komposittens unikke Z-skema-heterojunction-struktur har nitrogen- og oxygen-vacances, som letter effektiv adskillelse og migration af elektroner og huller. Wu sagde. I dette arbejde er den fotokatalytiske kviksølvfjernelsesreaktionsmekanisme af indbygget elektrisk felt og defekt struktur co- behandling foreslås. Dette arbejde åbner op for en ny vej for syntese og udvikling af g-C₃ N₅ fotokatalytiske heterojunction materialer."

Flere oplysninger: Weiqun Chu et al., Z-Scheme Heterojunction g-C 3 N 5 /Bi 5 O 7 I Højeffektiv fotokatalysator til fjernelse af kviksølv, Energimaterialefremskridt (2023). DOI:10.34133/energymatadv.0064

Leveret af Beijing Institute of Technology Press Co., Ltd