水とエネルギーはどちらも、取り組む必要のある重要な持続可能性の問題です。この目的のために、光触媒作用は、環境修復を促進するだけでなく、エネルギー生成にも有利です.
しかし、新しい機能性材料の開発と、光触媒反応における影響の理解の欠如は、依然として光触媒技術の商業化を妨げる重要な技術的障壁です。
3 次元 (3D) 窒化炭素構造は、バルク窒化炭素と比較して、個々の窒化炭素シート間の長距離秩序を達成し、電子/イオン、ガス、および液体の大量輸送または貯蔵のためのより多くのスペースを持っています。このような優れた構造特性により、光触媒プロセス中に、好ましい光トラッピングと電荷キャリアの効率的な分離が可能になります。したがって、水中の抗生物質を除去するために、秩序だった多孔質構造を持つ 3D 窒化炭素を構築することが有望です。
実際のアプリケーションでは、汚染物質の光触媒による除去効率は、水中に遍在する天然の水成分によって大きく影響を受ける可能性があります。これは、強力に酸化されたラジカルの形成と消費、光触媒の物理化学的特性の変化、および優先的な反応。並行して、グリーン エネルギーの生産 (H2 など) ) も光触媒の能力であり、持続可能性の問題にさらに対処します。
基本的な理解と実際の応用の間のギャップを埋めるために、How Wang、Yan Wu、および Jia Wei Chew による研究では、泡立て剤として塩化アンモニウムを使用した糖発泡アプローチによって高分子窒化炭素フォーム (CNF) が構築されました。テトラサイクリン (TC-HCl) 抗生物質の除去と、天然水マトリックスおよび実際の水マトリックスの廃水からのエネルギー再生 (図 1)。人工廃水と比較して、TC-HCl の分解効率は、水道水、実際の海水、実際の貯水池で観察されましたが、医薬品廃水と逆浸透濃縮物ではより低い効率でした。溶液の pH、イオン種、有機物 (フミン酸とウシ血清アルブミン) などのさまざまな要因が、触媒の全体的な性能に重要な役割を果たしました。
さまざまな濃度のマイクロプラスチックの存在も、TC-HCl の光触媒除去に影響を与えました。 TC-HCl の C-N-C 部分は、強力な酸化ラジカル攻撃に対する最初の反応部位でした。水素エネルギーは、天然の水マトリックスと廃水から光触媒によって再生され、同時に浄水されました。さらに、光触媒性能をさらに向上させるために、NH4Cl の存在下での焼成温度を最適化することができます。CNF-4 (550 °C で焼成) は、CNF-2 の分解効率の 1.84、2.49、および 7.47 倍であることが示されています (それぞれ 600 °C)、CNF-1 (500 °C)、GCN (NH4Cl なし)。
この研究には、環境修復とクリーン エネルギー生成の両方のための新しい非金属光触媒合成、実験的特性評価と数学的モデリングによる基礎となるメカニズムの説明、および実際の水マトリックスにおける光触媒性能に影響を与える主要な要因の実験的調査が含まれます。
これらの調査結果は、ジャーナル Water Research に最近掲載された、テトラサイクリン系抗生物質の可視光駆動除去と、ポリマー カーボン ナイトライド フォームによる天然水マトリックスおよび廃水からの水素エネルギーの再生というタイトルの記事で説明されています。 .この研究は、シンガポールの南洋理工大学のホウ ワン、ヤン ウー、ウェングァン トゥ、トン シャオ、フイシャン アン、ジア ウェイ チュー、中国の湖南大学のティン ションと Xingzhong Yuan、テキサス A&M 大学の Mingbao Feng によって行われました。
参照:
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