09/05/2016 - Neue Materialien für die Reinigung von Wasser mit Sonneneinstrahlung

Menéame

Die zunehmende Verschmutzung des Wassers mit anthropogenen chemischen Verbindungen stellt ein großes Problem dar, da sie sich auf die Umwelt und die Wasserqualität auswirkt, die für das Leben und die Wirtschaftstätigkeit von wesentlicher Bedeutung ist. In der Europäischen Union gibt es mehr als 100.000 registrierte Chemikalien, deren Kontrolle und Identifizierung durch verschiedene Richtlinien geregelt sind.

Um eine unerwünschte Ansammlung von Schadstoffen in Wassersystemen zu vermeiden, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die neue Technologien, die ihre Beseitigung ermöglichen - wirtschaftlicher Art.

Zu den am häufigsten untersuchten gehören die sogenannten Fortschrittliche Oxydierungsprozesse, unter denen die Fotokatalyse ist.

Fotokatalyse

Die Photokatalyse wird besonders beachtet, da sie die Beseitigung von Schadstoffen durch oxidative Reaktionen ermöglicht und dabei Sonneneinstrahlung verwendet. Der Prozess besteht aus einer photochemischen Reaktion, die Sonnenenergie in chemische Energie auf der Oberfläche eines Katalysators umwandelt. Der Katalysator muss ein Halbleitermaterial sein, das durch Sonnenlicht aktiviert werden kann.

Die Forschungsgruppe der "Fachgruppe Chemietechnik" der Autonome Universität Madrid (UAM) arbeitet derzeit an der Entwicklung neuer Materialien, die das Sonnenlicht nutzen können, um die Oxidation und Beseitigung von Schadstoffen im Wasser zu induzieren.

Vor kurzem haben sie auf Heterostrukturen basierende Materialien hergestellt, die einen Halbleiter (Ce-TiO2) mit einem kommerziellen Ton kombinieren. Die Verwendung von Ton hat einen Mehrwert in dieser Forschung, da es sich um ein wirtschaftlich und nachhaltig Materialien handelt.

Der Halbleiter ist für die Durchführung der photochemischen Reaktion verantwortlich, während der Ton die geeignete Oberfläche für die Schaffung eines guten Katalysators liefert.

Dieses Forschungsteam unter der Leitung von Carolina Belver hat die Kombination beider Komponenten erfolgreich mit einer einfachen Synthesemethode namens Sol-gel erreicht. Diese Methode ermöglicht die Zubereitung von Ce-TiO2 in Form von Nanopartikeln, während diese auf der Tonoberfläche verankert sind.

Die Forscher verwendeten verschiedene Techniken, die meisten von ihnen in der UAM zur Verfügung stehen, um die Eigenschaften dieser Materialien zu kennen. Dadurch konnten sie den Syntheseprozess optimieren, indem sie Katalysatoren erhielten, die durch Sonneneinstrahlung aktiviert werden konnten.

Zur Untersuchung der Funktionsweise dieser Materialien als Katalysatoren bei der Wasserreinigung haben die Forscher einen photokatalytischen Reaktor entwickelt und entwickelt, der mit einem Solarsimulator (SUNTEST) ausgestattet ist, der es ermöglicht, unabhängig von den Wetterbedingungen im Labor mit Sonnenstrahlung zu arbeiten.

Das Reaktionsteam wird durch verschiedene Analysetechniken (flüssige Chromographie, Ionen-Klastographie usw.) ergänzt, so dass die Forscher das photokatalytische Verhalten der Materialien beim Abbau verschiedener Schadstoffe untersuchen konnten.

"Durch die Nutzung dieser Ausrüstung und der konstruierten Materialien haben wir hohe Abbauraten für verschiedene Schadstoffe (Farbstoff und Phenol) erreicht, indem wir sehen, wie die Zeit für ihre Abbauzeit sowohl vom Halbleiter als auch vom verwendeten Ton abhängt," erklärt Carolina Belver, Mitautorin der Arbeit.

"Die Bedeutung dieser Arbeit liegt in der verwendeten Synthesemethode, bei der Verwendung von Ton als Ausgangsmaterial und natürlich bei der Verwendung von Sonnenstrahlung, um die Oxidation von Schadstoffen in Wasser zu induzieren," fügt Belver hinzu.

Eine Methode mit hervorragenden Zukunftsaussichten

Die vorgeschlagene Synthesemethode bietet eine hervorragende Zukunftsperspektive für die Vorbereitung neuer Photokatalalysatoren. Die Forscher arbeiten weiterhin an der Entwicklung neuer Katalysatoren, konzentrieren sich aber nun auf die Beseitigung sogenannter "entsteigerter Schadstoffe."

Dieses Thema hat in den letzten Jahren aufgrund der Vielfalt der bestehenden "neu entstehenden Schadstoffe" (Arzneimittel, Pestizide, Missbrauchsdrogen, persönliche Hygieneprodukte usw.) und aufgrund ihrer schwierigen Kontrolle durch unterschiedliche Ursachen und mit hohen Umweltauswirkungen große Bedeutung erlangt.

Diese Forschungsarbeiten wurden von Forschern der Autonomen Universität Madrid (UAM) durchgeführt, die vom Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit (MINECO) (CTQ2013-41963-R) finanziell unterstützt wurden.

Bibliographische Referenz:

C. Belver, J. Bedia, M. A. Alvarez & J. J. Rodriguez. Solar photocatalytic purification of water with Ce-doped TiO2/clay heterostructures. Catalysis Today. Doi: 10.1016/j.cattod.2015.09.025

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UAM

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