Журнал "Научное Образование" в eLIBRARY.RU

  • na-obr@mail.ru
  • Статьи в следующий номер журнала принимаются по 30.04.2024г.

   Регистрационный номер СМИ: ЭЛ № ФС 77 - 74050 от 19.10.2018г. Смотреть

   Свидетельство регистрации периодического издания: ISSN 2658-3429 Смотреть

   Договор с ООО "НЭБ" (eLIBRARY.RU): № 460-11/2018 от 21.11.2018г.

     
kn1    kn2
     
     
kn3    kn4
     

Фотохимическая очистка сточных вод

Дата публикации: 2022-06-18 17:11:45
Статью разместил(а):
Аль-Зеркани Мохаммед Хилал Абдулхудр

Фотохимическая очистка сточных вод

Photochemical wastewater treatment

 

Автор: Аль-Зеркани Мохаммед Хилал Абдулхудр

ФГАОУ ВО “СГУ“, Саратов, Россия.

E-mail: mohamedalzrkany@gmail.com

Mohammed Hilal Abdul Khudhr Alzarkani   

SGU, Saratov, Russia

E-mail:  mohamedalzrkany@gmail.com  

 

Аннотация: Загрязнение окружающей среды, а также нехватка чистых природных энергетических ресурсов являются одними из основных глобальных проблем. Промышленный рост ускорил потребление энергии, загрязнение воды и воздуха и изменение климата. Применяемые в настоящее время методы очистки окружающей среды дороги и сложны. Поэтому возникает необходимость комплексной разработки и изучения альтернативных технологий, которые позволили бы эффективно решать экономические и экологические проблемы различных отраслей промышленности. В данной работе речь пойдет о фотохимической очистке сточных вод.

Abstract. Environmental pollution, as well as the lack of clean natural energy resources, are among the main global problems. Industrial growth has accelerated energy consumption, water and air pollution and climate change. Current environmental cleanup methods are expensive and complex. Therefore, there is a need for a comprehensive development and study of alternative technologies that would effectively solve the economic and environmental problems of various industries. In this paper, we will focus on photochemical wastewater treatment.

Ключевые слова: Загрязнение окружающей среды, технология очистки окружающей среды.

Keywords:  Environmental pollution, environmental cleaning technology.

Тематическая рубрика: Химия и материаловедение.

 

Существуют различные традиционные методы очистки воды, такие как химическое преобразование, дистилляция, биологическая обработка, обратный осмос, коагуляция и флокуляция, микрофильтрация, ультрафиолетовая обработка, ультрафильтрация и многие другие. Каждый из этих методов имеет определенные ограничения. Обычный метод не позволяет удалить защитные оболочки из воды и обеспечить 100% -ную питьевую воду. Они также были дорогими, а энергия, необходимая специально для развивающихся стран, была недоступна. Здесь новые и разработанные технологии очистки воды чрезвычайно важны в условиях нынешнего мирового кризиса. Наноматериалы в качестве фотокатализатора дали нам новаторские экологически безопасные результаты.

Фотокаталитическая реакция - это экологически чистый метод обработки отходов, который проводится в присутствии света и подходящего катализатора, который разлагает загрязняющие вещества в воде. Он определяет изменение скорости химической реакции, которая инициируется при подходящей энергии ультрафиолетового, видимого и инфракрасного света, в зависимости от полосы катализатора, эта энергия генерирует пару электронных дырок, затем они генерируются пара образует высокореактивные восстанавливающие и окисляющие радикалы в зоне проводимости и валентной зоне, соответственно, эти радикалы в загрязненной воде реагируют с органическими или неорганическими загрязнителями, разлагая их посредством некоторой вторичной реакции. Для очистки сточных вод полупроводниковые наночастицы являются подходящим катализатором из-за широкой запрещенной зоны и в видимой области [1]. 

Факторы, влияющие на фотокаталитическую очистку воды:

Другой фактор, который играет жизненно важную роль в фотокаталитической активности против очистки сточных вод.

1. Скорость разделения электронно-дырочных пар:

Одним из важных факторов является скорость разделения электронно-дырочных пар. Пара электронных дырок (e-h) в полупроводниковом катализаторе имеет очень маленький срок службы. Это необходимо для хорошего катализатора, прежде чем рекомбинировать, использовать во вторичной реакции перед рекомбинацией. Например, в TiO 2 дырка является хорошим окислителем в валентной полосе, а электрон - хорошим восстанавливающим агентом в валентной полосе окислительно-восстановительного потенциала для дырки и электрона 1,0–3,5 В и 0,5–1,5 В соответственно по сравнению с обычным водородным электродом. Для идеального фотокатализатора необходимо иметь широкую запрещенную зону и как можно меньшую рекомбинацию электронов.

2. Структура катализатора:

Фотокаталитическая активность напрямую зависит от структуры катализатора. Например, диоксид титана (TiO 2) найдены три различные фазы, такие как рутил, брукит и анатаз. Из этих трех наиболее эффективным является анатаз, поскольку он имеет наиболее стабильную структуру, высокую адсорбционную способность и положение зоны проводимости. Морфология является важным фактором эффективности разложения [2].

3. PH:

pH раствора играет жизненно важную роль в эффективности фотокатализатора. pH влияет на активность фотокатализатора, влияя на его поверхностные заряды. Это можно увидеть с точки зрения электростатического явления между загрязняющими веществами и заряженными частицами. Для pH менее 5, т.е. для кислой среды, более низкая эффективность фотокатализатора наблюдается из литературных источников из-за того, что концентрация протонов высока при этом pH, поэтому деградация красителя замедляется, поскольку доступно меньшее количество OH - . Для диапазона pH 5–10 фотоактивность катализатора увеличивается, а для pH 10 (щелочная среда) эффективность id максимальна, поскольку OH -произведенный реагирует с органическим загрязнителем и разлагает его. Для диапазона pH 11–13 здесь происходит падение эффективности, потому что концентрация гидроксильных ионов очень высока и поэтому они улавливаются. У них нет возможности реагировать на краситель. Следовательно, эффективность в этом диапазоне pH очень низкая [3].

4. Количество катализатора:

Связь фотокаталитической активности с количеством катализатора прямая, т.е. увеличение количества катализатора увеличивает скорость разложения, потому что с увеличением количества катализатора также увеличивается количество радикалов, необходимых для разложения, следовательно, увеличивается скорость реакции. Но после достижения оптимального предела увеличение количества катализатора не способствует реакции, потому что свету трудно проникнуть, поэтому большая часть поверхностей катализатора остается неактивной [4].

5. Интенсивность падающего света:

Скорость фотокаталитического разложения пропорциональна интенсивности падающего света. По мере увеличения интенсивности света квантовый выход увеличивается. Квантовый выход - это соотношение скорости реакции и скорости поглощения. Длина волны также влияет на эффективность реакции. Ширина запрещенной зоны TiO 2 составляет 3,2 эВ. Он поглощает ультрафиолетовый свет. При интенсивности света от 0 до 20 мВт / см 2 скорость разложения увеличивается. Это реакции половинного порядка, т.е. скорость зависит от квадратного корня из падающего света. Выше промежуточной интенсивности, т.е. ~ 25 мВт / см 2 , скорость реакции снижается, поскольку свет высокой интенсивности способствует рекомбинации электронно-дырочных пар [5].

6. Температура.

Зависимость эффективности фотокаталитической скорости от температуры реакции изучалась многими исследователями. Для TiO 2 скорость реакции снижается при 80° C, поскольку скорость рекомбинации электронов и дырок увеличивается, а также скорость поглощения катализатора снижается при этой температуре, что приводит к снижению скорости реакции. При оптимальной температуре 20–80° C мы получаем максимальную скорость реакции.

 

Список литературы:

1. Dequigiovanni G. New microsatellite loci for annatto (Bixa orellana), a source of natural dyes from Brazilian Amazonia//Crop Breeding and Applied Biotechnology. 2018. 18(1). P.116–122.

2. Ebbesen T.W., Lezec H.J., Hiura H., Bennett J.W., Ghaemi H.F., & Thio, T. Electrical conductivity of individual carbon nanotubes//Nature. 2010. 382. P.54-56.

3. Agnihotri S., Mota J.P.B., Rostam-Abadi M., & Rood M.J. Adsorption site analysis of impurity embedded single-walled carbon nanotube bundles // Carbon. 2006. 44(1). P.2376-2383.

4. Akhavan O., Abdolahad M., Abdi Y., & Mohajerzadeh S. Synthesis of titania / carbon nanotube heterojunction arrays for photoinactivation of E. coli in visible light irradiation // Carbon. 2007. 47(14). P.3280-3287.

5. Cong Y., Li X., Qin Y., Dong Z., Yuan G., Cui Z., & Lai X. Carbon-doped TiO2 coating on multiwalled carbon nanotubes with higher visible light photocatalyt ic activity//Applied Catalysis B: Environmental. 2010. 107. P.128-134.

 

. . . . . . .