Ny teknik udviklet til effektiv farvefjernelse og billig vandrensning

Organiske forbindelser i spildevand, såsom farvestoffer og pigmenter i industriens spildevand, er giftige eller har dødelig virkning på vandlevende organismer og mennesker. Stigende beviser har vist, at de organiske forurenende stoffer, der udledes fra galvanisering, tekstilproduktion, kosmetik, lægemidler er hovedårsagerne til de højere sygelighedsrater for nyrer, lever, og blærekræft, osv. Organiske forureninger, især methylblå og methylorange, er stabile over for lys, varme eller oxidationsmidler og meget vanskelige at fjerne ved konventionelle kemiske eller biologiske spildevandsbehandlingsteknikker. For nylig har forskere udviklet nogle nye strategier med god ydeevne til fjernelse af farvestoffer; imidlertid, en efterfølgende adsorberende rensningsprocedure er uundgåelig efter vandbehandling, som ofte er komplicerede og ikke egnede til praktisk vandbehandling.

Nu, ved hjælp af laser-induceret fremstillingsteknik, et team af kinesiske forskere fra Shandong University, Kina har udviklet en ny farveabsorbent kaldet hybrid nanopartikler af sølv og sølvsulfid (Ag2S@Ag hybrid nanopartikler) og demonstreret nanomaterialets overlegne adsorptionsevne til at fjerne methylblåt og methylorange fra spildevand. Vigtigere, de nye adsorbenter kan fjernes direkte fra opløsninger med filtre uden absorberende rensningsprocedurer, da de sølvbaserede hybrid nano-partikler vil blive agglomereret og afsat på bunden efter adsorberende farvestoffer, giver en grøn, enkel, hurtig og billig løsning til vandrensning. I denne uge i journalen Optiske materialer Express , fra The Optical Society (OSA), forskerne beskriver arbejdet.

"Uden at bruge nogen dyre kemiske reagenser eller faciliteter, den laserinducerede fremstillingsmetode er billig, hurtig, enkel og alsidig rute til fremstilling af Ag2S@Ag hybrid nanokrystaller, "sagde Ming Chen, den primære forfatter og en lektor ved School of Physics og State Key Laboratory of Crystal Materials ved Shandong University, Kina. "Efter adsorbering af farvestoffer som methylblåt og methylorange, de agglomererede og aflejrede adsorbenter kan let fjernes fra opløsninger med filtre, som er meget gavnlige for de praktiske rensningsanlæg."

Chens team brugte en teknik kaldet laserablation til at fremstille sølvbaserede hybride nanokrystaller i væske, som er en proces med at fjerne materialer fra en fast eller flydende overflade ved at bestråle den med en laserstråle. I et typisk eksperiment, forskerne placerede et velpoleret sølvmetal på bunden af ​​et roterende glasfad fyldt med thioacetamidopløsning som svovlkilde til fremstilling af sølvsulfid. Sølvoverfladen blev derefter fokuseret af en laserstråle, og på kort tid, hurtig kogning og fordampning af sølvelementet forekom, resulterer i eksplosivt sølvplasma med ultrahøj temperatur (ca. tusinder Celsius) på det bestrålede sted. Den indledende proces i krystaldannelse, eller kernedannelse af sølv og sulfid, fandt sted i den tidlige fase af hurtig kondensering af sølvplasma, og afsluttet skarpt på få mikrosekunder på grund af udløb af laserpulsen og udtømmende udvidelse af sølvdampen.

"Under fremstillingen af ​​Ag2S@Ag nanopartikler, den ikke-ligevægtstilstand, der skabes ved efterfølgende laserablation, fører til forskellige defekter, resulterer i tilstedeværelsen af ​​rigelige uordentlig arrangerede sølvarter på overfladen af ​​sølvsulfidnano-partikler og danner en sølvskal, "Chen forklaret." Efter laserfremstilling, den hurtige slukningsproces øgede lidelsen af ​​sølvarter, laver flere og flere sølvatomer i en meget spændt tilstand. "

Holdets tidlige undersøgelse viste, at elektronfordelingen af ​​de meget exciterede sølvarter kan påvirkes af Ag2S@Ag nanopartikler, resulterer i "polariserede" sølvarter, eller sølvarter med positive ladninger som farvestofadsorptionssteder. Da farvestofmolekyler som methylblåt og methylorange har negativt ladede funktionelle grupper, på grund af stærk elektrostatisk kraft mellem positive ladninger og negative ladninger, de forbedrede adsorptionssteder på hybridmaterialets overflade vil klæbe flere farvestofmolekyler, hvilket fører til materialets forbedrede evne til at fjerne farvestoffer.

"Vores eksperimentelle resultater viste, at over 99 procent methylblåt molekyler i spildevand blev adsorberet af Ag2S@Ag nanomateriale på fem minutter, " sagde Chen. "Opløsningens ultraviolet-synlige absorptionsspektre viste også tydeligt, at efter adsorbering af farvestofmolekylerne, Ag2S@Ag nanomaterialet blev agglomereret sammen i adskillige store klynger, derefter afsat på bunden af ​​opløsningen. I mellemtiden aggregeringen og aflejringen fører til en betydelig ændring i opløsningens farve fra blå til farveløs."

Chen vurderede, at efter methylblå adsorptionsreaktion, over 99 procent af Ag2S@Ag nanomateriale kan fjernes fra opløsning med filtre.

"Sammenlignet med konventionelle adsorberende rensningsprocesser, såsom centrifugal proces eller brug af eksterne magnetfelter, som er komplicerede og ikke egnede til praktisk vandbehandling, filtreringsprocessen er enkel, hurtig og omkostningseffektiv, " sagde Chen. "Vores nye metode springer adsorbentrensningsprocessen over, som fremmer anvendelsen af ​​Ag2S@Ag nanopartikler som avancerede adsorberende materialer til praktisk spildevandsrensning i fremtiden."

Da farvestofmolekylerne ikke let desorberes fra de agglomererede adsorbenter ved standard varmebehandling, forskernes næste skridt er at studere desorptionsmetoden for farvestofmolekyler fra Ag2S@Ag adsorbenterne for at realisere materialegenanvendelse i fremtiden.