Neue photokatalytische Schwingkörper, die mit Lichtenergie gereinigt werden kann

Eine internationale Zusammenarbeit unter dieser Pipeline von Forschern dieser Universität Kobe hat triumphierend eine mit Nanoblättern laminierte photokatalytische (*1) Schwingkörper entwickelt, die sowohl eine hervorragende Wasserdurchlässigkeit wie gleichfalls eine photokatalytische Rastlosigkeit aufweist. Die photokatalytischen Eigenschaften dieser Schwingkörper vereinfachen die Reinigung, da die Radiotherapie dieser Schwingkörper mit Licht dies Fouling triumphierend reduziert (*2). Sie entwickelten jene Schwingkörper, während sie 2D-Nanomaterialien (Nanoblätter (*3)) aufwärts zusammenführen porösen Träger laminierten.

Jene revolutionäre Membrantechnologie kann zur Wasserreinigung eingesetzt werden und hat somit dies Potenzial, zur Problembeseitigung globaler Umwelt- und Energieprobleme beizutragen, während sie dazu beiträgt, eine sichere Trinkwasserversorgung und saubere Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Man hofft, dass dies den Übertragung zu Kohlendioxid-neutralen, nachhaltigen Gesellschaften beschleunigen wird.

Jene Weiterentwicklung wurde von einer Forschungsteam an dieser Graduate School of Science, Technology and Neuerung/Research Center for Membrane and Streifen Technology dieser Universität Kobe (außerordentlicher Professor NAKAGAWA Keizo, Professor YOSHIOKA Tomohisa und Professor MATSUYAMA Hideto) in Zusammenarbeit mit Professor TACHIKAWA Takashi von dieser Universität Kobe durchgeführt Molecular Photoscience Research Center, Associate Professor Chechia Hu von dieser Nationalistisch Taiwan University of Science and Technology und Professor Shik Mana Edman Tsang von dieser Oxford University.

Die Ergebnisse wurden erstmals am 7. vierter Monat des Jahres 2022 im „Chemical Engineering Journal“ veröffentlicht.

Hauptpunkte

+ Die Forscher entwickelten triumphierend eine neuartige, mit Nanoblättern laminierte photokatalytische Schwingkörper, die sowohl eine hervorragende Permeanz wie gleichfalls eine photokatalytische Rastlosigkeit aufweist.

+ Die Zusammenwirken dieser Nanoblattmaterialien verbesserte sowohl die Wasserdurchlässigkeit wie gleichfalls die photokatalytische Rastlosigkeit erheblich.

+ Die photokatalytische Umstand reduziert die Membranverstopfung (Fouling)

+ Die Forscher verwichsen die Softwareanwendungen dieser Schwingkörper in einem Wasserreinigungsprozess unter Verwendung sauberer Leistungsfähigkeit (Licht) vor.

Jener ausreichende Zugang zu Wasser wird in vielen Regionen dieser Welt im Zuge des globalen Klimawandels und des starken Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstums dieser Entwicklungsländer zu einem zunehmenden Problem. Es wurde berichtet, dass zwei Drittel dieser Weltbevölkerung solange bis 2025 unter Wasserknappheit leiden werden. Um dieser schwerwiegenden Wasserknappheit vorzubeugen, sind die weit verbreitete Einleitung von Wasserrecycling- und -reinigungstechnologien sowie die effiziente Nutzung von Wassergewinnungstechnologien (z. B. Meerwasserentsalzung), sind entscheidend.

Dasjenige Membranfiltrationsverfahren wird derzeit in 900 Wasseraufbereitungsanlagen eingesetzt, da es kontinuierlich und stabil Wasser von guter Qualität liefert. Es besteht jedoch dies Problem dieser Membranverschmutzung, zwischen dieser die Schwingkörper, die Verunreinigungen aus dem Wasser trennt und fern, verstopft wird. Wenn Membranfouling auftritt, ist es nicht mehr möglich, die erforderliche Menge an behandeltem Wasser zu erhalten. Von dort ist es unumgänglich, die Schwingkörper entweder zu waschen oder auszutauschen. Um dieses Problem anzugehen, wurde viel Wissenschaft zu verschiedenen Methoden dieser Fouling-Prävention betrieben, jedoch muss noch eine ausreichende Problembeseitigung gefunden werden.

Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, dies weniger Leistungsfähigkeit gewünscht und eine geringe Umweltbelastung hat. In diesem Fall wird ein photokatalytisches Werkstoff (z. B. Titandioxid) in die Schwingkörper eingebracht und Schadstoffe durch Photokatalyse fern. Jedoch muss eine solche Schwingkörper nicht nur Wasser erläutern können, sondern gleichfalls aufwärts sichtbares Licht zum Thema machen und eine hohe photokatalytische Rastlosigkeit demonstrieren. Dies erfordert, dass dieser Gestalter dies Membrandesign aus mehreren Perspektiven betrachtet, einschließlich des Membranmaterials und dieser Membranstruktur.

Jene Forschungsteam hat zuvor eine Nanofiltrationsmembran entwickelt, die durch Nutzung von 2D-Kanälen zwischen ihren Schichten aus Nanoblättern funktioniert. Sie entwickelten jene Schwingkörper durch Laminieren von Niobat-Nanoblättern(*4) (eine Fasson Metalloxid-Nanoblatt, womit jedes Papierblatt etwa zusammenführen Nanometer dick und wenige hundert Nanometer breit ist) aufwärts eine poröse Trägermembran, wodurch die 2D-Kanäle zwischen den Nanoblättern erzeugt wurden .

In dieser Studie entdeckten sie, dass die Zugabe von Kohlenstoffnitrid-Nanoblättern (die aufwärts sichtbares Licht reagieren) zu dieser mit Niobat-Nanoblättern beschichteten Schwingkörper dieser Schwingkörper eine verbesserte Wasserdurchlässigkeit verlieh, während die photokatalytische Rastlosigkeit stark erhoben wurde. Darüber hinaus lösten die photokatalytischen Eigenschaften dieser Schwingkörper vollwertig dies Problem, dass die Permeanz dieser Schwingkörper aufgrund von Fouling verringert wurde.

Forschungsmethodik
Mit Nanoblättern laminierte Membranen können durch einfache Vakuumfiltration von Nanoblattmaterialien (kolloidale Lösungen) aufwärts Polymerträgermembranen zivilisiert werden. In dieser Studie stellte die Forschungsteam eine ultradünne, mit Nanoblättern laminierte Schwingkörper mit einer Festigkeit von etwa 100 Nanometern her (Gepräge 1a). Röntgenbeugungs- und Molekulargewichtsfraktionierungsmessungen zeigten, dass dies Verdienen von Nanoblättern aus Kohlenstoffnitrid (*5) in eine mit Niobat-Nanoblättern laminierte Schwingkörper den Sehne durch den Kreismittelpunkt von Nanokanälen zwischen den Schichten steuern könnte.

In Bezug aufwärts die Membranfunktionalität behielt die laminierte Nanofiltrationsmembran mit einem 74:25-Verhältnis von Niobat (HNB3O8)-Nanoblatt zu Kohlenstoffnitrid (g-C3N4)-Nanoblatt ihre Trennleistung zwischen und zeigte taktgesteuert eine 8-fache Erhöhung dieser Wasserdurchlässigkeit (Gepräge 1b). In Bezug aufwärts die photokatalytische Leistung ermöglichte die Integration von Kohlenstoffnitrid-Nanoblättern die Einsaugung von sichtbarem Licht. Darüber hinaus verbesserte jene Komposition von Nanoblättern die Fähigkeit dieser Schwingkörper, kationische Farbstoffe (Rhodamin B) durch Licht abzubauen (Gepräge 1c).

Wird die entwickelte Kompositmembran wie Trennmembran eingesetzt, spendieren die Niobat-Nanoblätter dieser laminierten Schwingkörper ihre Struktur, während dies Kohlenstoffnitrid zwischen jene Schichten eingebracht wird und wie Abstandshalter fungiert. Folglich erweitern sich die Kanäle in dieser laminierten Schwingkörper, wodurch die Wasserpermeationsrate stark erhoben wird (links von Gepräge 2a). Durch jene Steuerung dieser Kanalstruktur können 90 % eines Farbstoffs (mit einem Molekulargewicht von etwa 1000) vom Wasser rechnerunabhängig werden. Die photokatalytische Funktionsumfang dieser Schwingkörper ist wie folgt: Die Kohlenstoffnitrid-Nanoblätter wirken wie Photokatalysatoren, die sichtbares Licht aufnehmen, und die Niobat-Nanoblätter wirken wie katalytische Promotoren. Darüber hinaus zeigte die Forschungsteam, dass eine geeignete Steuerung dieser Bandstruktur es den Elektronen ermöglichte, sich effizient zu in Bewegung setzen, welches zu einem dramatischen Emporheben dieser photokatalytischen Rastlosigkeit führte (rechts von Gepräge 2a). Hinaus dieser Grundlage dieser Ergebnisse wandten die Forscher die Schwingkörper zur Wasserreinigung an und führten ein Membranfouling-Testlauf mit Rinderserumalbumin (BSA) wie Fouling durch. BSA-Fouling verringerte die Wasserpermeationsgeschwindigkeit dieser Schwingkörper aufwärts 1/5 ihrer normalen Leistung. Den Forschern gelang es jedoch, die Porosität vollwertig wiederherzustellen, während sie die zusammengesetzte Nanoblattmembran bestrahlten (Gepräge 2b).

Weitere Nachforschungen
Durch dies Verweben verschiedener Arten von Nanoblättern zur Entwicklung von 2D-Nanokanälen entwickelten die Forscher triumphierend eine Schwingkörper, die sowohl eine hervorragende Wasserdurchlässigkeit wie gleichfalls eine photokatalytische Rastlosigkeit aufweist. Es wird erwartet, dass weitere Verbesserungen dieser Membranfunktionalität und dieser photokatalytischen Wirkung erzielt werden können, während die Fasson dieser Nanoschicht geändert wird, um die Entwicklung von 2D-Nanokanälen und die Bandstruktur genauer zu steuern. Wie nächstes wünschen die Forscher, die Membranfläche zu vergrößern und den photokatalytischen Prozess zu prosperieren, dieser aufwärts eine industrielle und praktische Softwareanwendungen abzielt.

Forschungsbericht: HNb3O8/g-C3N4-Nanoblatt-Verbundmembranen mit zweidimensionalen heterostrukturierten Nanokanälen hinhauen eine verbesserte Wasserdurchlässigkeit und photokatalytische Rastlosigkeit

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