Fotokatalytická degradace organických polutantů

Abstract

V současné době se zbytková barviva z různých zdrojů stala důležitým problémem znečištění vody a do našich přírodních vodních zdrojů se bez systémů čištění odpadních vod dostala celá řada perzistentních organických znečišťujících látek. Tento rozšířený problém znečištění vody ohrožuje naše zdraví. Proto je nezbytné tyto organické znečišťující látky před vypouštěním do životního prostředí odstranit. K rozkladu těchto organických znečišťujících látek byly použity různé techniky a jako jedna z nejslibnějších technik se jeví fotokatalyzátory využívající oxid zinečnatý. V posledních letech přitahují nanočástice oxidu zinečnatého jako fotokatalyzátory velkou pozornost díky svým mimořádným vlastnostem, jako je velkoplošná povrchová struktura. V tomto článku se zaměřujeme na fotokatalytickou účinnost nanočástic oxidu zinečnatého dopovaných galliem při použití reprezentativní organické znečišťující látky, methylenové modři. V experimentální studii bylo jako zdroj excitačního světla pro fotokatalyzátor použito osvětlovací zařízení ve viditelném spektru (tj. 400-700 nm). Výsledky experimentu ukázaly, že koncentrace organické znečišťující látky se snížila přibližně o 20 % již po 180 minutách. Možnost použití viditelného světla jako excitačního zdroje pro nanočástice oxidu zinečnatého dopovaného galliem byla rovněž stanovena pomocí přístupu s řízenou proměnnou. Výsledek, že fotokatalytický proces může probíhat ve viditelném světle, je povzbudivý. Na jedné straně je viditelné světlo mnohem zářivější než ultrafialové světlo ve slunečním světle, které dopadá na povrch po průchodu atmosférou. Na druhé straně je díky tomu mnohem praktičtější pro použití v interiéru. Celkově má tato experimentální studie velký význam z hlediska pohodlnosti, hospodárnosti a bezpečnosti vývoje fotokatalyzátorů.

Nowadays, residual dyes from different sources have become an important issue of water pollution, and a wide variety of persistent organic pollutants have been introduced into our natural water resources without wastewater treatment systems. This widespread problem of water pollution is jeopardizing our health. Therefore, it is essential to remove these organic pollutants before discharge into the environment. Various techniques have been employed to degrade these organic pollutants and photocatalysts involving zinc oxide appears to be one of the most promising techniques. In recent years, zinc oxide nanoparticles use as photocatalysts have attracted much attention due to their extraordinary properties such as large area surface structure. In this paper, we focus on the photocatalytic efficiency of gallium-doped zinc oxide nanoparticles using a representative organic pollutant, methylene blue. In the experimental study, the excitation light source used for the photocatalyst was an illumination device within visible spectrum (i.e. 400-700 nm). The experimental results showed that the concentration of organic pollutant was reduced by about 20% after only 180 minutes. The feasibility of visible light as an excitation source for gallium-doped zinc oxide nanoparticles was also determined by a controlled variable approach. The result that the photocatalytic process can be carried out in visible light is encouraging. On the one hand, the visible light is much more radiant than the ultraviolet light in the sunlight that hits the surface after passing through the atmosphere. On the other hand, this makes it much more practical for indoor use. In summary, this experimental study is of great importance in terms of convenience, economy and safety of photocatalyst development.