Ультратонкий катализатор для разложения загрязнителей воды разработан в Бирмингемском университете

Репортаж от Wedoany，Исследователи из Бирмингемского университета (University of Birmingham, www.birmingham.ac.uk) продемонстрировали новый метод получения ультратонких катализаторов, открывающий путь к каталитическому разложению стойких загрязнителей воды. В этом процессе слоистые материалы используются в качестве прекурсоров, диспергируются в устойчивом растворителе (вода и этанол), а затем к жидкой и твердой фазам дисперсии прикладывается высокая скорость деформации. Механическое напряжение преодолевает силы вандерваальсового притяжения, связывающие материал, разделяя слои на микро- и наноразмерные пластинки, которые могут достигать толщины в несколько атомов или молекул. Помимо создания ультратонких материалов с высокой квантовой эффективностью, новый процесс легко позволяет комбинировать различные материалы, что дает исследовательской группе возможность экспериментировать с «уникальными искусственными материалами, такими как графитоподобный нитрид углерода и дисульфид молибдена — два перспективных органических и неорганических слоистых полупроводника, которые могут поддерживать фотокаталитическую активность в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях спектра», — отмечает Джейсон Стаффорд, доцент кафедры машиностроения Бирмингемского университета. Процесс, движимый механической силой, а не тепловой энергией, имеет меньший экологический след по сравнению с некоторыми другими методами производства катализаторов, при этом растворитель и прекурсоры могут быть восстановлены и повторно использованы в процессе.

Внимание к фотокатализу привело к применению этих новых материалов для разложения вредных загрязнителей в воде. Такие приложения обычно используют фотокатализаторы в процессах Advanced Oxidation Processes (AOPs). Исследователь Бирмингемского университета Ирвинг Рамирес отмечает: «Обеспечивая фотокатализ в УФ и видимой областях, эти каталитические материалы могут использовать более высокую долю падающего солнечного света по сравнению с традиционными фотокатализаторами, такими как диоксид титана, и избегать некоторых недостатков других AOPs. Это может открыть путь к пассивной солнечной очистке сточных вод, которая обычно требует интенсивного освещения. Кроме того, двумерные наноструктурированные наноматериалы обеспечивают большую площадь поверхности на грамм материала, что способствует повышению скорости реакции и более эффективному использованию света».

В лаборатории команда уже получила масштабируемые новые фотокаталитические материалы, эквивалентные примерно 100 граммам катализатора. Джейкоб Браун, аспирант группы Стаффорда, добавляет: «Хотя в целом количество кажется небольшим, для применения в очистке сточных вод его достаточно для обработки сотен или даже тысяч литров воды. Эта работа также показывает, что синтезированные наноматериалы могут быть закреплены на подложках, таких как стекло, что позволяет избежать дорогостоящего последующего отделения катализатора и обрабатывать большие объемы сточных вод. Это особенно важно для масштабирования до систем непрерывной проточной обработки». Для демонстрации самого катализатора в условиях очистки сточных вод команда перешла от малых полупериодических процессов к пилотной системе объемом 5 литров, которая может использовать УФ-излучение или солнечный свет в условиях открытой среды.