Nano -titánové oxidové prášok, známy tiež ako nano tio -prášok, sa v aplikáciách úpravy vody objavil ako sľubný materiál. Ako dodávateľ vysoko kvalitného prášku oxidu titánu nano titánu sa často pýtam na jeho mechanizmus pri úrade vody. V tomto blogu sa ponorím do vedeckých princípov za tým, ako prášok oxidu nano titánu funguje na čistenie vody.
1. Fotokatalytické vlastnosti oxidu nano titánu
Jedným z najvýznamnejších mechanizmov prášku oxidu titánu nano titánu pri úpravách vody je jeho fotokatalytická aktivita. Oxid titánu existuje v rôznych kryštálových štruktúrach, pričom najbežnejšie sa používajú na úpravu vody anatáza a rutilo. Oxid nano titánu anatázy vo všeobecnosti vykazuje vyššiu fotokatalytickú aktivitu pri ultrafialovom (UV) svetle.
Keď je oxid nano titánu vystavený svetlu s energiou rovnajúcou sa alebo väčšou ako jeho pásová medzera (pre anatázu Tio₂, energia pásma - medzery je asi 3,2 eV, čo zodpovedá UV svetlu s vlnovou dĺžkou asi 387,5 NM), elektróny vo valenčnom pásme sú nadšení na vodivé pásmo a zanechávajú za sebou otvory v valenčnom pásme. Tým sa vytvára páry elektrónov - diery.
Elektróny v vodivom pásme môžu reagovať so rozpusteným kyslíkom vo vode za vzniku superoxidových radikálov (o₂⁻ •), zatiaľ čo otvory v valenčnom pásme môžu reagovať s molekulami vody, aby sa vytvorili hydroxylové radikály (• OH). Tieto radikály sú vysoko reaktívne a majú silné oxidačné schopnosti.
Najmä hydroxylové radikály sú veľmi silné oxidanty. Môžu reagovať so širokou škálou organických znečisťujúcich látok vo vode, ako sú pesticídy, farbivá a farmaceutiká. Reakcia s organickými znečisťujúcimi látkami zvyčajne zahŕňa sériu oxidačných krokov, čo v konečnom dôsledku vedie k degradácii týchto znečisťujúcich látok na menšie, menej škodlivé molekuly, ako je oxid uhličitý a voda. Napríklad spoločná molekula farbiva v textilnej odpadovej vode sa môže rozdeliť na oxid uhličitý a vodu prostredníctvom série reakcií s hydroxylovými radikálmi generovanými fotokatalytickým účinkom prášku oxidu nano titánu.
2. Adsorpčný mechanizmus
Okrem fotokatalýzy má ani prášok oxidu titánu nano a adsorpčné vlastnosti. Vysoko špecifická povrchová plocha častíc oxidu titánu nano veľkosti poskytuje veľké množstvo aktívnych miest na adsorpciu rôznych látok vo vode.
Ióny a molekuly vo vode môžu byť adsorbované na povrch častíc oxidu nano titánu prostredníctvom rôznych interakcií. Napríklad elektrostatické interakcie zohrávajú dôležitú úlohu. Ak je povrch častice oxidu titánu nano titánu určitý náboj (ktorý môže byť ovplyvnený pH vody), môže prilákať ióny opačnými nábojmi. Kovové ióny, ako je olovo (pb²⁺), ortuť (Hg²⁺) a kadmium (CD²⁺), sa môžu adsorbovať na povrch prášku oxidu titánu nano titánu.
K adsorpčnému procesu tiež prispievajú sily van der Waals a vodíkové väzby. Organické molekuly s polárnymi funkčnými skupinami môžu prostredníctvom týchto slabých síl interagovať s povrchom oxidu titánu nano titánu. Po adsorbovaní sa znečisťujúce látky sústredia na povrch častíc oxidu nano titánu, ktoré sa potom môžu odstrániť z vody následnými separačnými procesmi, ako je filtrácia alebo sedimentácia.
3. Antibakteriálne a antivírusové aktivity
Prášok oxidu nano titánu tiež vykazuje antibakteriálne a antivírusové vlastnosti pri úpravách vody. Reaktívne druhy kyslíka (ROS) generované počas fotokatalytického procesu, ako sú hydroxylové radikály a superoxidové radikály, môžu poškodiť bunkové membrány a DNA baktérií a vírusov.
Keď baktérie alebo vírusy prídu do kontaktu s povrchom častíc oxidu nano titánu pri ľahkom ožarovaní, ROS môže preniknúť do bunkovej steny alebo vírusovej kapsidy. Oxidácia zložiek bunkovej membrány narúša integritu bunkovej membrány, čo vedie k úniku intracelulárnych látok a prípadne bunkovej smrti. V prípade vírusov môže poškodenie genetického materiálu (DNA alebo RNA) zabrániť ich replikácii a infekčnosti.
Táto antibakteriálna a antivírusová aktivita je rozhodujúca pri úpravách vody, najmä pri zabezpečovaní mikrobiologickej bezpečnosti pitnej vody a čistenia odpadových vôd. Môže pomôcť znížiť koncentráciu škodlivých mikroorganizmov vo vode, čo zvyšuje bezpečnosť vody pre rôzne využitie.
4. Faktory ovplyvňujúce mechanizmus
Pri čistení vody môže ovplyvniť výkon prášku oxidu titánu nano titánu. Prvým je zdroj svetla. Ako už bolo spomenuté, fotokatalytická aktivita oxidu titánu nano titánu sa spolieha hlavne na UV svetlo. V praktických aplikáciách má však použitie UV svetla určité obmedzenia, ako napríklad vysoká spotreba energie a potenciálne poškodenie životného prostredia a ľudského zdravia. Preto sa vynaložilo úsilie na vývoj viditeľného oxidu nano -titánu responzívneho svetla dopingom s inými prvkami alebo modifikáciou kryštálovej štruktúry.
PH vody tiež hrá dôležitú úlohu. Povrchový náboj častíc oxidu nano titánu je závislý. Pri rôznych hodnotách pH sa môže adsorpčná kapacita a fotokatalytická aktivita oxidu titánu nano titánu významne meniť. Napríklad v určitom rozsahu pH môže byť povrchový náboj častíc priaznivejší pre adsorpciu špecifických iónov alebo molekúl.
Ďalším faktorom je koncentrácia znečisťujúcich látok vo vode. Vysoké koncentrácie znečisťujúcich látok môžu nasýtiť aktívne miesta na povrchu častíc oxidu nano titánu, čím sa znižuje účinnosť procesu čistenia. Okrem toho prítomnosť iných látok vo vode, ako sú anorganické soli a humínové látky, tiež môže konkurovať znečisťujúcim látkam pre adsorpčné miesta alebo reagovať s reaktívnymi radikálmi, čo ovplyvňuje celkový výkon nano oxidu titánu vo vode.
5. Porovnanie s inými materiálmi na úpravu vody
V porovnaní s tradičnými materiálmi na úpravu vody má prášok s oxidom titánu titánu niekoľko výhod. Tradičné materiály, ako je aktívny uhlík, sa spoliehajú hlavne na adsorpciu na čistenie vody. Zatiaľ čo aktívny uhlík má vysokú adsorpčnú kapacitu pre mnoho organických látok, nemá schopnosť degradovať adsorbované znečisťujúce látky. Akonáhle sú adsorpčné miesta nasýtené, musí sa aktívny uhlík regenerovať alebo vymeniť.
Na druhej strane prášok oxidu nano titánu môže nielen adsorbovať znečisťujúce látky, ale aj ich degradovať prostredníctvom fotokatalýzy. To znamená, že môže nepretržite čistiť vodu, pokiaľ existuje vhodný zdroj svetla. Okrem toho sú antibakteriálne a antivírusové vlastnosti prášku oxidu titánu titánu jedinečné v porovnaní s mnohými tradičnými materiálmi na úpravu vody.
Oxid nano titánu má však aj určité obmedzenia. Vysoké výrobné náklady a potreba vhodného zdroja svetla sú hlavnými výzvami pre jeho rozsiahlu aplikáciu. Ale s vývojom technológie sa tieto problémy postupne riešia.
6. Súvisiace výrobky a ich aplikácie
Ako dodávateľ prášku oxidu titánu nano titánu ponúkam aj ďalšie súvisiace výrobky. NapríkladZirkónový karbonátmá aplikácie v keramike a žiaruvzdorných odvetviach. Môže sa použiť ako surovina na výrobu vysoko výkonnej keramiky s vynikajúcimi mechanickými a tepelnými vlastnosťami.
50 zirkónového kremičitanu prášoka63 zirkónového kremičitanového práškusa bežne používajú v keramickej glazúre a zlievárni. V keramickej glazúre môžu zlepšiť belosť, tvrdosť a chemickú odolnosť glazúry. V zlievárni sa používajú ako materiál na žiaruvzdorné poťahovanie.
7. Záver a výzva na konanie
Záverom možno povedať, že prášok oxidu nano titánu má komplexný a účinný mechanizmus pri úrade vody. Jeho fotokatalytické, adsorpčné, antibakteriálne a antivírusové vlastnosti z neho robia sľubný materiál na čistenie vody a zabezpečenie jej kvality. Aj keď v jeho uplatňovaní stále existujú určité výzvy, potenciálne prínosy sú významné.
Ak vás zaujíma náš prášok s oxidom titánu alebo iné súvisiace výrobky na úpravu vody alebo iné aplikácie, neváhajte a kontaktujte nás, aby ste nás informovali o ďalších informáciách a prediskutovali potenciálne príležitosti na nákup. Zaviazali sme sa poskytovať vysoko kvalitné výrobky a vynikajúce služby, aby sme uspokojili vaše konkrétne potreby.
Odkazy
- Fujishima, A., & Honda, K. (1972). Elektrochemická fotolýza vody v polovodičovej elektróde. Nature, 238 (5358), 37 - 38.
- Mills, A., & Le Hunte, S. (1997). Prehľad sémantickej fotokatalýzy. Journal of Phoochemistry and Photobiology A: Chemistry, 108 (1), 1 - 35.
- Zhang, Q., & Banfield, JF (2004). Nanočastice - sprostredkovaná fotochemická degradácia metylénovej modrej vo vode. Environmental Science & Technology, 38 (12), 3328 - 3333.