De cilindrische reactor was gemaakt van roestvrij staal met een diameter van 210 mm en een hoogte van 210 mm. De Ti mazen (100 mm lang, 100 mm breed en 0,5 mm dik) gecoat met TiO2 nanobuisjes Arrays werden in de reactor bevestigd. Een 100 W hogedrukkwiklamp (HPML) werd in de kwartsbuis geplaatst. Daarnaast zijn de in- en uitlaat respectievelijk aan de linker- en rechterzijde van de reactor ontworpen. De inlaat was aangesloten op een nanobellengenerator. Het afvalwater werd in de bellengenerator gepompt om het afvalwater met nanobellen te bereiden voordat het de fotokatalytische reactor binnenging. Kunst door de groep van Han. Krediet: Beijing Zhongke Journal Publishing Co. Ltd.
Met de snelle ontwikkeling van verstedelijking en industrialisatie werden de milieuproblemen steeds ernstiger. Kleurstofafvalwater wordt beschouwd als een van de grootste uitdagingen vanwege de hoge toxiciteit. Organische kleurstoffen hebben mutagene, teratogene en kankerverwekkende eigenschappen en bedreigen de gezondheid en het leven van mensen terwijl ze de fotosynthese van planten belemmeren, wat risico’s voor het ecosysteem met zich meebrengt. Traditionele methoden voor de behandeling van organische verontreinigende stoffen omvatten de fysische methode, de biologische methode en de chemische methode.
Deze methoden hebben nadelen, waaronder een slechte efficiëntie, een hoog energieverbruik en een onvolledige zuivering, dus het is noodzakelijk om nieuwe rioolwaterzuiveringsmethoden te ontwikkelen. In 1972 voerde Fujishima het baanbrekende werk uit van fotokatalytische ontleding van water om waterstof te produceren met behulp van TiO2 als fotokatalysator. Daarna werd fotokatalytische technologie ontwikkeld voor rioolwaterzuivering vanwege de voordelen van superieur mineralisatievermogen, snelle reactiesnelheid en geen secundaire vervuiling.
TiO2 is een veelgebruikt fotokatalytisch materiaal vanwege de hoge katalytische activiteit, niet-toxiciteit, uitstekende chemische stabiliteit en lage kosten. Om TiO toe te passen2 fotokatalytische technologie is het essentieel om een fotokatalytische reactor te ontwerpen met een eenvoudige structuur, handige montage en uitstekende behandelingsprestaties.
In de afgelopen jaren is fotokatalytische technologie gekoppeld aan verschillende geavanceerde oxidatieprocessen (AOP’s) om de fotokatalytische prestaties te verbeteren. TiO2-gebaseerde fotokatalytische technologie koppeling met klassieke AOP’s zoals Fenton-oxidatie, plasma-oxidatie en ozonoxidatie zou de behandeling van organische verontreinigende stoffen verbeteren.
Nanobellen (NB’s) zijn extreem kleine gasbellen met unieke fysische eigenschappen, waardoor ze voor veel toepassingen een superieure beluchtingsmethode zijn. Nanobellen worden veel gebruikt in afvalwaterzuivering vanwege hun lange verblijftijd, groot specifiek oppervlak en het vermogen om vrije radicalen te genereren. De onderzoekers ontwierpen een UV/NBs/P25-TiO2 fotokatalytische reactor om methyloranje in water af te breken. De resultaten toonden aan dat de fotokatalytische prestaties van TiO2 koppeling met nanobellen is verbeterd met 11,6% in vergelijking met die zonder bellen.
Echter, de TiO2 fotokatalysator moet opnieuw worden gescheiden en teruggewonnen na fotokatalytische afbraak, wat ongunstig was voor het ontwerp van de fotokatalytische reactor. Daarom was de vaste fotokatalysator nodig voor het samenstellen van de fotokatalytische reactor.
Een fotokatalytische reactor werd geassembleerd met behulp van een Ti-gaas bekleed met TiO2 nanobuisarray om organische verontreinigende stoffen af te breken. De reactorkoppeling met nanobellentechnologie vertoonde een uitstekend fotokatalytisch afbraakvermogen, met een afbraakefficiëntie van Rhodamine B (RhB) van 95,39% na bestralingsbehandeling. De andere organische verontreinigende stoffen, waaronder methyleenblauw, tetracycline en oxytetracyclinehydrochloride, waren allemaal fotoafbreekbaar met behulp van deze fotokatalytische reactor, met een afbraakrendement van respectievelijk 74,23%, 68,68% en 64,10%. Daarom biedt dit werk een strategie om een koppelingstechnologie van fotokatalyse en nanobellen te ontwikkelen om afvalwater te behandelen.
De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde sensor- en energiematerialen.
Meer informatie:
Zesen Lin et al., Afbraak van Rhodamine B in de fotokatalytische reactor met TiO2-arrays van nanobuizen gekoppeld aan nanobellen, Geavanceerde sensor- en energiematerialen (2023). DOI: 10.1016/j.asems.2023.100054
Aangeboden door Beijing Zhongke Journal Publising Co. Ltd.
