Nano titanium oksidni prah, poznat i kao nano tio₂ prah, pojavio se kao obećavajući materijal u primjeni za obradu vode. Kao dobavljač visokokvalitetnog nano titanovog oksidnog praha, često me pitaju o njegovom mehanizmu u obradi vode. U ovom ću blogu provesti u znanstvene principe iza kojih nano titanij oksid prašak funkcionira za pročišćavanje vode.
1. fotokatalitička svojstva nano titanij oksida
Jedan od najznačajnijih mehanizama praha nano titana oksida u obradi vode je njegova fotokatalitička aktivnost. Titanijski oksid postoji u različitim kristalnim strukturama, a anataza i rutil su najčešći oni koji se koriste u obradi vode. Nano titanski oksid anataze uglavnom pokazuje veću fotokatalitičku aktivnost pod ultraljubičastom (UV) svjetlom.
Kad je nano titanij oksid izložen svjetlu s energijom jednakom ili većim od svoje opsega - jaz energije (za anatazu Tio₂, energija pojasa - jaz je oko 3,2 eV, što odgovara UV svjetlu s valnom duljinom od oko 387,5 nm), elektroni u valencijskom bendu uzbuđeni su u bendu za vodstvo, a iza sebe su se vodili za vole. To stvara parove elektrona - rupe.
Elektroni u provodnom pojasu mogu reagirati s otopljenim kisikom u vodi kako bi tvorili superoksidne radikale (O₂⁻ •), dok rupe u valentnom pojasu mogu reagirati s molekulama vode kako bi se stvorile hidroksilni radikali (• OH). Ovi radikali su vrlo reaktivni i imaju snažne oksidirajuće sposobnosti.
Hidroksilni radikali su, posebno, vrlo moćni oksidanti. Oni mogu reagirati sa širokim rasponom organskih zagađivača u vodi, poput pesticida, boja i lijekova. Reakcija s organskim zagađivačima obično uključuje niz koraka oksidacije, što u konačnici dovodi do razgradnje ovih zagađivača u manje, manje štetne molekule poput ugljičnog dioksida i vode. Na primjer, uobičajena molekula boje u tekstilnoj otpadnoj vodi može se razgraditi na ugljični dioksid i vodu kroz niz reakcija s hidroksilnim radikalima nastalim fotokatalitičkim djelovanjem nano titanovog oksidnog praha.
2. Adsorpcijski mehanizam
Pored fotokatalize, nano titanij oksidni prah također ima adsorpcijska svojstva. Visoka specifična površina nano -veličine čestica titanij oksida pruža veliki broj aktivnih mjesta za adsorpciju različitih tvari u vodi.
Ioni i molekule u vodi mogu se adsorbirati na površinu čestica nano titana oksida kroz različite interakcije. Na primjer, elektrostatičke interakcije igraju važnu ulogu. Ako površina čestice nano titana oksida ima određeni naboj (na koji može utjecati pH vode), ona može privući ione s suprotnim nabojima. Metalni ioni poput olova (PB²⁺), Merkura (Hg²⁺) i kadmija (CD²⁺) mogu se adsorbirati na površinu praha nano titanij oksida.
Nadalje, van der Waalsove sile i vezanje vodika također doprinose procesu adsorpcije. Organske molekule s polarnim funkcionalnim skupinama mogu komunicirati s površinom nano titanovog oksida kroz ove slabe sile. Jednom adsorbirani, zagađivači se koncentriraju na površinu čestica nano titana oksida, koje se zatim mogu ukloniti iz vode kroz naknadne procese odvajanja, poput filtracije ili sedimentacije.
3. Antibakterijske i antivirusne aktivnosti
Nano titanijski oksidni prah također pokazuje antibakterijska i antivirusna svojstva u obradi vode. Reaktivne vrste kisika (ROS) nastale tijekom fotokatalitičkog procesa, poput hidroksilnih radikala i superoksidnih radikala, mogu oštetiti stanične membrane i DNK bakterija i virusa.
Kad bakterije ili virusi dođu u kontakt s površinom čestica nano titana oksida pod zračenjem svjetlu, ROS može prodrijeti u staničnu stijenku ili virusni kapsid. Oksidacija komponenti stanične membrane narušava integritet stanične membrane, što dovodi do curenja unutarćelijskih tvari i na kraju stanične smrti. Za viruse oštećenje genetskog materijala (DNA ili RNA) može spriječiti njihovu replikaciju i infektivnost.
Ovo antibakterijsko i antivirusno djelovanje presudno je u obradi vode, posebno za osiguranje mikrobiološke sigurnosti pitke vode i obrade otpadnih voda. To može pomoći u smanjenju koncentracije štetnih mikroorganizama u vodi, čineći vodu sigurnijom za različite namjene.
4. Čimbenici koji utječu na mehanizam
Nekoliko čimbenika može utjecati na performanse praha nano titana oksida u obradi vode. Prvi je izvor svjetlosti. Kao što je spomenuto ranije, fotokatalitička aktivnost nano titanij oksida uglavnom se oslanja na UV svjetlost. Međutim, u praktičnim primjenama, upotreba UV svjetla ima određena ograničenja, kao što su visoka potrošnja energije i potencijalna šteta okolišu i ljudskom zdravlju. Stoga su uloženi napori za razvoj vidljivog - laganog nano titanovog oksida dopingom s drugim elementima ili modificiranjem kristalne strukture.
PH vode također igra važnu ulogu. Površinski naboj čestica nano titana oksida ovisi o pH. Pri različitim vrijednostima pH, adsorpcijski kapacitet i fotokatalitička aktivnost nano titanij oksida mogu se značajno razlikovati. Na primjer, u određenom rasponu pH, površinski naboj čestica može biti povoljniji za adsorpciju specifičnih iona ili molekula.
Koncentracija zagađivača u vodi je još jedan faktor. Visoke koncentracije zagađivača mogu zasititi aktivna mjesta na površini čestica nano titana oksida, smanjujući učinkovitost procesa pročišćavanja. Pored toga, prisutnost drugih tvari u vodi, poput anorganskih soli i humičnih tvari, također se može natjecati s zagađivačima za adsorpcijska mjesta ili reagirati s reaktivnim radikalima, što utječe na ukupne performanse nano titanij oksida u obradi vode.
5. Usporedba s drugim materijalima za obradu vode
U usporedbi s tradicionalnim materijalima za pročišćavanje vode, nano titanij oksidni prah ima nekoliko prednosti. Tradicionalni materijali poput aktivnog ugljika uglavnom se oslanjaju na adsorpciju za pročišćavanje vode. Iako aktivni ugljik ima visoku adsorpcijsku sposobnost za mnoge organske tvari, on nema mogućnost razgradnje adsorbiranih zagađivača. Nakon što su mjesta adsorpcije zasićena, aktivirani ugljik treba regenerirati ili zamijeniti.
S druge strane, nano titanijski oksidni prah ne može samo adsorb zagađivače, već ih i razgraditi fotokatalizom. To znači da može kontinuirano pročišćavati vodu sve dok postoji odgovarajući izvor svjetlosti. Pored toga, antibakterijska i antivirusna svojstva praha nano titana oksida jedinstvena su u usporedbi s mnogim tradicionalnim materijalima za obradu vode.
Međutim, nano titanijum oksid također ima određena ograničenja. Visoki troškovi proizvodnje i potreba za prikladnim izvorom svjetla glavni su izazovi za njegovu veliku primjenu. Ali s razvojem tehnologije, ovi se problemi postupno rješavaju.
6. Povezani proizvodi i njihove aplikacije
Kao dobavljač nano titanij oksid praha, nudim i druge srodne proizvode. Na primjer,Cirkonijev karbonatni prahima prijave u keramici i vatrostalnoj industriji. Može se koristiti kao sirovina za proizvodnju keramike visokih performansi s izvrsnim mehaničkim i toplinskim svojstvima.
50 cirkonijevog silikatnog prahai63 cirkonijev silikatni prahObično se koriste u keramičkoj glazuri i ljevaonici. U keramičkoj glazuri mogu poboljšati bjelinu, tvrdoću i kemijsku otpornost glazure. U ljevaonici se koriste kao vatrostalni materijal za oblaganje.
7. Zaključak i poziv na akciju
Zaključno, nano titanijski oksidni prah ima složen i učinkovit mehanizam u obradi vode. Njegova fotokatalitička, adsorpcijska, antibakterijska i antivirusna svojstva čine ga obećavajućim materijalom za pročišćavanje vode i osiguranje njegove kvalitete. Iako u njegovoj primjeni još uvijek postoje neki izazovi, potencijalne koristi su značajne.
Ako ste zainteresirani za naš nano titanij oksid prah ili drugi srodni proizvodi za obradu vode ili druge aplikacije, slobodno nas kontaktirajte za više informacija i razgovarajte o potencijalnim mogućnostima kupnje. Zalažemo se za pružanje proizvoda visoke kvalitete i izvrsnu uslugu kako bismo zadovoljili vaše specifične potrebe.
Reference
- Fujishima, A., & Honda, K. (1972). Elektrokemijska fotoliza vode na poluvodičkoj elektrodi. Priroda, 238 (5358), 37 - 38.
- Mills, A., & Le Hunte, S. (1997). Pregled semantičke fotokatalize. Časopis za fotokemiju i fotobiologiju A: Kemija, 108 (1), 1 - 35.
- Zhang, Q., i Banfield, JF (2004). Fotokemijska razgradnja metilen plave posredovana nanočesticama u vodi. Znanost i tehnologija okoliša, 38 (12), 3328 - 3333.