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TiO2 ナノチューブアレイとナノバブルで改良された光触媒技術

Aug 29, 2023Aug 29, 2023

2023 年 5 月 16 日

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北京中科雑誌出版有限公司著

都市化と工業化の急速な発展に伴い、環境問題はますます深刻になりました。 染料廃水は毒性が高いため、最大の課題の 1 つと考えられています。 有機染料には変異原性、催奇形性、発がん性があり、人間の健康と生命を脅かすと同時に植物の光合成を妨げ、生態系にリスクをもたらします。 従来の有機汚染物質の処理方法には、物理​​的方法、生物学的方法、および化学的方法が含まれます。

これらの方法は効率が悪い、エネルギー消費量が多い、処理が不完全であるなどの欠点があり、新たな下水処理方法の開発が必要です。 1972 年、藤島は TiO2 を光触媒として使用し、水を光触媒分解して水素を生成するという先駆的な研究を行いました。 その後、優れた無機化能力、反応速度の速さ、二次公害がないなどの利点から、下水処理用に光触媒技術が開発されました。

TiO2 は、高い触媒活性、非毒性、優れた化学的安定性、低コストのため、一般的な光触媒材料です。 TiO2 光触媒技術を応用するには、構造が簡単で、組み立てが簡単で、優れた処理性能を備えた光触媒反応器を設計することが不可欠です。

近年、光触媒技術は、光触媒性能を向上させるために、さまざまな高度酸化プロセス (AOP) と組み合わせられています。 TiO2 ベースの光触媒技術とフェントン酸化、プラズマ酸化、オゾン酸化などの古典的な AOP を組み合わせることで、有機汚染物質の処理が改善されることが報告されています。

ナノバブル (NB) は、独特の物理的特性を持つ非常に小さな気泡であり、多くの用途にとって優れたエアレーション方法となっています。 ナノバブルは、滞留時間が長く、比表面積が大きく、フリーラジカル生成能力があるため、廃水処理に広く使用されています。 研究者らは、水中でメチルオレンジを分解するための UV/NBs/P25-TiO2 光触媒反応器を設計しました。 結果は、ナノバブルと結合したTiO2の光触媒性能が、バブルなしの場合と比較して11.6%向上することを示した。

しかし、TiO2 光触媒は光触媒による劣化後に再分離して回収する必要があり、これは光触媒リアクターの設計にとって好ましくありませんでした。 したがって、光触媒リアクターを組み立てるには、固定された光触媒が必要でした。

有機汚染物質を分解するために、TiO2 ナノチューブ アレイでコーティングされた Ti メッシュを使用して光触媒反応器を組み立てました。 ナノバブル技術と結合した反応器は、優れた光触媒分解能力を示し、照射処理後のローダミン B (RhB) の分解効率は 95.39% でした。 メチレンブルー、テトラサイクリン、塩酸オキシテトラサイクリンなどの他の有機汚染物質はすべて、この光触媒反応器を使用すると光分解可能であり、分解効率はそれぞれ 74.23%、68.68%、64.10% でした。 したがって、この研究は、廃水を処理するための光触媒作用とナノバブルの結合技術を開発する戦略を提供する。

この研究は、Advanced Sensor and Energy Materials 誌に掲載されています。

詳しくは: Zesen Lin et al、ナノバブルと結合した TiO2 ナノチューブアレイを含む光触媒反応器におけるローダミン B の分解、Advanced Sensor and Energy Materials (2023)。 DOI: 10.1016/j.asems.2023.100054