Een nieuwe methode om het materiaal dat wordt gebruikt voor het reinigen van afvalwater te maken, maakt het productieproces groener - en 20 keer sneller. In een studie gepubliceerd in Toegepaste materialen vandaag , onderzoekers laten zien hoe het gebruik van microgolven de temperatuur en druk kan verlagen die nodig zijn om fotokatalysatoren te maken.

Aangedreven door zonlicht, materialen zoals titaniumdioxide (TiO2) en bismutvanadaat (BiVO4) worden gebruikt om afvalwater te reinigen, breken kleurstoffen af ​​en doden zelfs bacteriën in transparante verbanden. Ondanks dat het als 'groen' wordt beschouwd, de processen die traditioneel worden gebruikt om deze materialen te maken, zijn energie-intensief.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Chiang Mai University en het National Nanotechnology Centre in Thailand, en de Universiteit van Wollongong in Australië, hebben een eenstapsmethode bedacht waarbij microgolven worden gebruikt om BiVO4-nanodeeltjes te maken waarvoor geen hoge temperaturen en drukken nodig zijn. Dit, zeggen de onderzoekers, maakt het materiaal echt milieuvriendelijk, en zal de productiekosten en tijd verminderen.

"Deze materialen hebben een breed scala aan toepassingen, maar er is weinig gedaan om de manier waarop we ze maken te verbeteren, " zei Dr. Jun Chen, een van de auteurs van de nieuwe studie van de Universiteit van Wollongong, Australië. "Mensen zeggen dat fotokatalysatoren groen zijn, maar soms is de manier waarop we deze materialen genereren niet echt energiezuinig."

traditioneel, BiVO4 wordt gemaakt met behulp van een hydrothermische methode die hoge druk en hoge temperatuur vereist. Dit is energie-intensief, en kan ongeveer zes uur duren. Het proces omvat verschillende kristalfasen, die de structuur van het materiaal bepalen - de grootte en vorm van de nanodeeltjes. Met de traditionele methode, deze fasen kunnen niet worden gecontroleerd, dus aan het einde van de productie moet een extra proces worden toegevoegd om de deeltjes op te ruimen. Daarbij gaat het om hoge temperaturen van rond de 500 graden Celsius, kost nog meer energie.

Microgolven worden soms gebruikt om de traditionele hydrothermische benadering te ondersteunen, om de zuiverheid en structuur van het uiteindelijke materiaal te verbeteren. De nieuwe methode maakt gebruik van pure directe microgolven om BiVO4, dus vereist geen hoge temperatuur en druk, of een aanvullend proces om het materiaal te verbeteren.

De nieuwe methode is een vereenvoudigde, eenstapsproces uitgevoerd bij 60-90 graden Celsius, waardoor het industrieel levensvatbaar en veiliger wordt. Het is ook veel sneller - vergeleken met de standaard 6 uur, de nieuwe methode duurt slechts 16 minuten.

Bovendien, de BiVO4-nanodeeltjes die volgens het nieuwe proces zijn gemaakt, zijn puur en uniform van vorm en grootte. Het team heeft de pH aangepast, temperatuur en reactietijden om de kristalfase van de productie te regelen. Dit betekende dat ze de vorm en grootte van de nanodeeltjes konden bepalen, zonder dat er een extra proces nodig is.

Het team testte hoe goed het materiaal een kleurstof genaamd Rhodamine B (RhB) kan afbreken. Ze ontdekten dat hun materialen zeer fotokatalytisch waren, en werkt net zo goed als BiVO4 gemaakt met traditionele methoden.

"We waren zo verrast dat niet veel mensen zich op dit gebied concentreren - er zijn slechts enkele onderzoeken gedaan met microgolven, " zei Dr. Chen. "We hopen dat dit werk van groot belang zal zijn voor materiaalwetenschappers die groene technologie willen gebruiken om het syntheseproces voor anorganische kristalmaterialen te vereenvoudigen."

De onderzoekers hopen nu de methode uit te breiden naar het synthetiseren van andere metaaloxiden en verwante composieten.