16:55 2022-07-05
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Membrana fotocatalitica noua care poate fi curatata folosind energia luminoasa
_ Noua membrana fotocatalitica care poate fi curățat folosind energie luminoasă
O colaborare internațională condusă de cercetătorii de la Universitatea Kobe a dezvoltat cu succes o membrană fotocatalitică laminată cu nanofoi care demonstrează atât o permeabilitate excelentă la apă, cât și activitate fotocatalitică. Proprietățile fotocatalitice ale membranei o fac mai ușor de curățat, deoarece iradierea membranei cu lumină reduce cu succes murdărirea. Ei au dezvoltat această membrană prin laminarea nanomaterialelor 2D (nanofoi) pe un suport poros.
Această tehnologie de membrană revoluționară poate fi aplicată la purificarea apei și, prin urmare, are potențialul de a contribui la abordarea atât a problemelor globale de mediu, cât și a problemelor energetice prin contribuind la asigurarea aprovizionării cu apă potabilă sigură și energie curată. Se speră că acest lucru va accelera trecerea către societăți durabile, neutre din carbon.
Această dezvoltare a fost realizată de un grup de cercetare de la Școala Absolventă de Știință, Tehnologie și Inovare/Centrul de Cercetare pentru Tehnologia Membranelor și Filmului de la Universitatea Kobe. (Profesor asociat NAKAGAWA Keizo, profesor YOSHIOKA Tomohisa și profesor MATSUYAMA Hideto) în colaborare cu profesorul TACHIKAWA Takashi de la Centrul de Cercetare Fotoștiință Moleculară a Universității Kobe, profesor asociat Chechia Hu de la Universitatea Națională de Știință și Tehnologie din Taiwan și profesorul Shik Chi Edman Tsang de la Universitatea Oxford.
Rezultatele au fost publicate pentru prima dată în Chemical Engineering Journal pe 7 aprilie 2022.
Accesul adecvat la apă în multe regiuni ale lumii devine o problemă tot mai mare în fața globală. schimbările climatice și creșterea bruscă a populației și creșterea economică a țărilor în curs de dezvoltare. S-a raportat că două treimi din populația lumii vor suferi lipsuri de apă până în 2025. Pentru a preveni aceste deficite severe de apă, adoptarea pe scară largă a tehnologiilor de reciclare și purificare a apei, precum și utilizarea eficientă a tehnologiilor de producere a apei (de exemplu, desalinizarea apei de mare), sunt cruciale.
Metoda de filtrare cu membrană este utilizată în prezent în 900 de instalații de purificare a apei, deoarece asigură în mod continuu și stabil apă de bună calitate. Cu toate acestea, există problema murdăririi membranei în care membrana, care separă și elimină contaminanții din apă, se înfundă. Când are loc murdărirea membranei, nu mai este posibilă obținerea cantității necesare de apă tratată. Prin urmare, este necesar fie spălarea, fie înlocuirea membranei. Pentru a rezolva această problemă, s-au efectuat multe cercetări în diferite metode de prevenire a murdăriei, dar încă nu a fost găsită o soluție suficientă.
A fost propusă o metodă care necesită mai puțină energie și are un impact scăzut asupra mediului. Aceasta implică introducerea unui material fotocatalitic (cum ar fi titanul) în membrană și îndepărtarea poluanților prin fotocataliză. Cu toate acestea, pe lângă faptul că poate trata apa, o astfel de membrană trebuie să demonstreze, de asemenea, sensibilitate la lumina vizibilă și activitate fotocatalitică ridicată. Acest lucru presupune ca proiectantul să ia în considerare designul membranei din mai multe perspective, inclusiv materialul și structura membranei.
Acest grup de cercetare a dezvoltat anterior o membrană de nanofiltrare, care funcționează prin utilizarea canalelor 2D între straturile sale de nanofoi. Ei au dezvoltat această membrană laminând nanofoi de niobat (un tip de nanofoaie de oxid metalic, fiecare foaie având o grosime de aproximativ un nanometru și o lățime de câteva sute de nanometri) pe o membrană suport poroasă, care a creat canalele 2D între nanofoi.
În acest studiu, ei au descoperit că adăugarea de nanofoi de nitrură de carbon (care are sensibilitate la lumina vizibilă) la membrana stratificată cu nanofoi de niobat a oferit membranei o permeabilitate îmbunătățită la apă, în timp ce crește foarte mult activitatea fotocatalitică. Mai mult, proprietățile fotocatalitice ale membranei au remediat complet problema reducerii permenței membranei din cauza murdării.
Membranele laminate cu nanofoi pot fi formate prin filtrarea simplă în vid a materialelor nanofoaie (soluții coloidale) pe suport polimeric. membranelor. În acest studiu, grupul de cercetare a produs o membrană laminată cu nanofoaie ultra-subțire de aproximativ 100 de nanometri în grosime (Figura 1a). Măsurătorile de difracție cu raze X și de fracționare a greutății moleculare au arătat că introducerea nanofoilor de nitrură de carbon într-o membrană laminată cu nanofoi de niobat ar putea controla diametrul nanocanalelor dintre straturi.
În ceea ce privește funcționalitatea membranei, membrana de nanofiltrare laminată cu un raport de 74:25 dintre nanofoaie de niobat (HNB3O8) și nanofoie de nitrură de carbon (g-C3N4) și-a menținut performanța de separare, demonstrând în același timp o creștere de 8 ori a permenței apei (Figura 1b). În ceea ce privește performanța fotocatalitică, integrarea nanofoilor de nitrură de carbon a permis absorbția luminii vizibile. În plus, această combinație de nanofoi a îmbunătățit considerabil capacitatea membranei de a fotodegrada coloranții cationici (rodamină B) (Figura 1c).
Când membrana compozită dezvoltată este folosită ca membrană de separare, nanofoile de niobat dau stratul laminat. membrana structura sa, in timp ce nitrura de carbon este introdusa intre aceste straturi si actioneaza ca un distantier. În consecință, canalele din membrana laminată se extind, crescând foarte mult rata de penetrare a apei (partea stângă a figurii 2a). Controlul structurii canalului în acest fel permite ca 90% dintr-un colorant (cu greutate moleculară de aproximativ 1000) să fie separat de apă.
Funcționalitatea fotocatalitică a membranei este următoarea: funcționarea nanofoilor de nitrură de carbon ca fotocatalizatori care absorb lumina vizibilă, iar nanofile de niobat acționează ca promotori catalitici. În plus, grupul de cercetare a dezvăluit că controlul adecvat al structurii benzii a permis electronilor să se miște eficient, rezultând o creștere dramatică a activității fotocatalitice (partea dreaptă a figurii 2a). Folosind aceste rezultate ca bază, cercetătorii au aplicat membrana la purificarea apei și au condus un experiment de murdărire a membranei folosind albumină serică bovină (BSA) ca agent de impurificare. Murdarea cu BSA a redus viteza de penetrare a apei a membranei la 1/5 din performanța normală. Cu toate acestea, cercetătorii au reușit să-i restabilească complet permeanța prin iradierea membranei compozite din nanofoaie (Figura 2b).
Prin împletirea diferitelor tipuri de nanofoi pentru a forma nanocanale 2D, cercetătorii au dezvoltat cu succes o membrană care demonstrează atât apa excelentă. permeanță și activitate fotocatalitică. Este de așteptat să se poată aduce îmbunătățiri suplimentare funcționalității membranei și acțiunii fotocatalitice prin schimbarea tipului de nanofoie pentru a controla mai precis formarea nanocanalelor 2D și a structurii benzii. În continuare, cercetătorii speră să mărească suprafața membranei și să dezvolte procesul fotocatalitic, urmărind aplicarea industrială și practică.
Comentarii:
Adauga Comentariu