Guld nanoclusters tilbyder en bæredygtig løsning til spildevand, der er forurenet af farvestoffer, der bruges i mange industrier

Vandforurening fra farvestoffer brugt i tekstil-, fødevare-, kosmetik- og anden fremstilling er en stor økologisk bekymring hos industrien og videnskabsmænd, der søger biokompatible og mere bæredygtige alternativer til at beskytte miljøet.

En ny undersøgelse ledet af Flinders University har opdaget en ny måde at nedbryde og potentielt fjerne giftige organiske kemikalier, herunder azofarvestoffer fra spildevand, ved hjælp af en kemisk fotokatalyseproces drevet af ultraviolet lys.

Professor Gunther Andersson, fra Flinders Institute for NanoScale Science and Technology, siger, at processen involverer at skabe metalliske 'klynger' af kun ni guld (Au) atomer kemisk 'forankret' til titaniumdioxid, som igen driver reaktionen ved at omdanne energien fra absorberet UV-lys.

Guld nanocluster cokatalysatorerne forbedrer det fotokatalytiske arbejde af titaniumdioxid og reducerer den tid, der kræves for at fuldføre reaktionen med en faktor på seks, ifølge den nye tidsskriftsartikel i Solar RRL.

"Disse typer af heterogene halvledermedierede fotokatalysesystemer giver en betydelig fordel i forhold til andre avancerede kemiske processer," siger professor Andersson, fra College of Science and Engineering.

"Det kan lette mineraliseringen af ​​en lang række organiske forurenende stoffer, såsom azofarvestoffer, til vand- og kuldioxidmolekyler med en høj nedbrydningseffektivitet."

En række fysiske, kemiske og biologiske processer bruges i øjeblikket til at fjerne kræftfremkaldende og genstridige organiske forbindelser fra vand.

En bred vifte af kemiske industrier, herunder farvestoffremstilling, tekstil- og kosmetikproduktion, frigiver giftige og ikke-biologisk nedbrydelige farvestoffer til miljøet. Næsten halvdelen af ​​de farvestoffer, der bruges i tekstil- og farvestofindustrien, er azofarvestoffer. Methylorange er meget udbredt som et vandopløseligt azofarvestof.

Med dette i tankerne har Flinders Universitys nanoteknologiske forskere også demonstreret anvendeligheden af ​​denne guldklynge-cokatalysator og modificerede halvledere til syntese af de nye fotokatalysesystemer til nedbrydning af methylorange.

Denne undersøgelse, offentliggjort i Applied Surface Science , testede fotokatalysen i en vortex-fluidisk enhed udviklet ved Flinders University i professor Colin Rastons nanoteknologilaboratorium.

Medforfatter Flinders Ph.D. Dr. Anahita Motamedisade siger, at traditionelle spildevandsbehandlingsmetoder ofte ikke effektivt fjerner farlige forurenende stoffer fra spildevandet.

"Årsagen til dette er, at nogle kemikalier, især dem med aromatiske ringe, er modstandsdygtige over for kemisk, fotokemisk og biologisk nedbrydning," siger Dr. Motamedisade, som nu er forsker ved Center for Catalysis and Clean Energy ved Griffith University.

"Desuden genererer de farlige biprodukter ved at oxidere, hydrolysere eller undergå andre kemiske reaktioner af syntetiske farvestoffer, der indeholder spildevand, som kan spores, uanset hvor de bortskaffes.

"Vi håber at bygge videre på disse mere bæredygtige og grundige fotokatalytiske nedbrydningsprocesser for at hjælpe fuldstændigt med at fjerne toksinerne og tackle dette globale problem."

Forskningen var inspireret af Dr. Motamedisades ph.d. forskning, som omfatter bedre måder at behandle vingårdsspildevand på.

Flere oplysninger: Anahita Motamedisade et al., Enhanced Photocatalytic Degradation of Methyl Orange Using Nitrogen-Functionalized MesoporousTiO₂ Dekoreret med Au₉ Nanoclusters, Solar RRL (2024). DOI:10.1002/solr.202300943

Anahita Motamedisade et al., Au₉ klynger deponeret som co-katalysatorer på S-modificeret mesoporøs TiO₂ til fotokatalytisk nedbrydning af methylorange, Applied Surface Science (2024). DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159475

Leveret af Flinders University