Wetenschappers van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen in Beijing en de Yangzhou University (YZU) in Jiangsu hebben een effectieve en energie-efficiënte techniek ontwikkeld voor het zuiveren van water met behulp van grafiet-koolstofnitridevellen.

Hun prototype, gepresenteerd op 7 februari in het tijdschrift Chemo , gezuiverd pathogeenrijk water in 30 min, het doden van meer dan 99,9999% van de bacteriën, zoals E coli , voldoen aan de Chinese eisen voor schoon drinkwater. In tegenstelling tot op metaal gebaseerde fotokatalytische desinfectiemiddelen, het heeft deze norm bereikt zonder secundaire vervuiling of residuen van zware metaalionen achter te laten, een veelbelovend alternatief bieden voor minder milieuvriendelijke technologieën.

"De toekomstige toepassing van fotokatalytische desinfectietechnologie kan de schaarste aan schoon water en het wereldwijde energietekort aanzienlijk verlichten, " zegt Dan Wang, een professor aan het Institute of Process Engineering en een senior auteur op het papier.

In tegenstelling tot traditionele waterzuiveringsprocessen met ultraviolet licht, chlorering, of ozondesinfectie, fotokatalytische methoden bieden milieuvriendelijke waterbehandeling, zolang ze de juiste katalysator gebruiken. Maar helaas, deze groenere katalysatoren zijn doorgaans minder efficiënt dan op metaal gebaseerde varianten. Veel bestudeerde op koolstof gebaseerde katalysatoren, zoals koolstofnanobuisjes en grafeenoxide, zijn niet echt effectief genoeg voor praktische waterbehandelingsdoeleinden omdat ze niet genoeg reactieve zuurstof produceren om ziekteverwekkers te overwinnen.

Het team van IPE en YZU slaagt erin om deze tekortkomingen te omzeilen met een uniek katalytisch ontwerp. Ze maken gebruik van nanosheets van grafietkoolstofnitride, een ultradun tweedimensionaal materiaal met de juiste elektronische eigenschappen om het licht te absorberen en reactieve zuurstof te genereren. Deze configuratie hielp de reactie te vergemakkelijken door veel waterstofperoxide te genereren, die efficiënt bacteriën doodt door hun celwanden te oxideren en schade aan te richten aan hun chemische structuren.

uiteindelijk, Wang gelooft dat deze resultaten, evenals de eenvoud van het ontwerp en de goedkope materialen, betekent dat de technologie relatief eenvoudig op grotere schaal te ontwikkelen moet zijn. "De opschaling voor zowel de katalysatoren als het apparaat is niet moeilijk, " zegt hij. "De constructie van dit materiaal is volledig metaalvrij, en een van de belangrijkste componenten, de plastic zak, wordt gecommercialiseerd, waardoor het gemakkelijk te verkrijgen is."

Het team is van plan de techniek aan te scherpen voordat deze klaar is voor commercieel gebruik. Als de volgende stappen, ze zijn van plan de efficiëntie te verbeteren door de rand van het vermogen van het materiaal om fotonen te absorberen uit te breiden, antibacteriële vezels ontwikkelen, en verfijn het voorbereidingsproces van nanosheets.

Echter, hij erkent dat dit bacteriedodende systeem niet bedoeld is om in zijn eentje water te zuiveren. "Zuivering heeft andere apparaten nodig om zware metaalionen te verwijderen, pH aanpassen, en het verwijderen van resten, " zegt hij. "We moeten ons systeem combineren met andere systemen om aan de eisen van waterzuivering te voldoen."