Η μόλυνση των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων αποτελεί σοβαρό πρόβλημα που οφείλεται κυρίως στην εκτεταμένη χρήση βαφών σε διάφορες βιομηχανίες, όπως η κλωστοϋφαντουργία, η φαρμακοβιομηχανία, κτλ. Η αυξανόμενη χρήση συνθετικών βαφών, ιδιαίτερα στον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας, αποτελεί σημαντικό κίνδυνο για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, τα λύματα που περιέχουν αυτές τις βαφές επεξεργάζονται χρησιμοποιώντας πολλαπλές μεθόδους, όπως προσρόφηση, βιολογική επεξεργασία, προηγμένες διεργασίες οξείδωσης (AOPs) και ετερογενή φωτοκατάλυση. Μεταξύ αυτών των τεχνικών, η ετερογενής φωτοκατάλυση έχει λάβει μεγάλη προσοχή, καθώς αποσυνθέτει αποτελεσματικά οργανικές ενώσεις σε μολυσμένο νερό, μετριάζοντας τη ζημιά που προκαλείται από τη ρύπανση από οργανικές βαφές στο περιβάλλον.

Κοινοί καταλύτες οξειδίων, συμπεριλαμβανομένων των CuO, TiO2 και SnO2, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως, με ορισμένους ντοπαρισμένους καταλύτες να δείχνουν πολλά υποσχόμενοι για την εκπλήρωση των απαιτήσεων αποτελεσματικής φωτοκατάλυσης. Ωστόσο, οι συμβατικοί φωτοκαταλύτες αντιμετωπίζουν προκλήσεις, όπως η περιορισμένη απορρόφηση ηλιακής ενέργειας και οι υψηλοί ρυθμοί ανασυνδυασμού φορτίου, που εμποδίζουν τις πρακτικές εφαρμογές τους.

Αντίθετα, τα νανοσωματίδια έχουν αποδειχθεί ικανοί φωτοκαταλύτες λόγω της αυξημένης επιφάνειας και της αντιδραστικότητάς τους. Τα νανοσωματίδια ZnO έχουν αναγνωριστεί από καιρό ως αποτελεσματικοί ετερογενείς φωτοκαταλύτες σε σύγκριση με το TiO2 και άλλους, λόγω των πλεονεκτημάτων τους όπως το μεγάλο ενεργειακό διάκενο, η μη τοξικότητα, η βιοσυμβατότητα, η φωτοσταθερότητα και η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας. Το ZnO διαθέτει ένα μεγάλο ενεργειακό διάκενο (3,37 eV) στη χύδην του μορφή, προσφέροντας μεγαλύτερη επιφάνεια και περισσότερες θέσεις παγίδευσης ηλεκτρονίων, λόγω εγγενών ελαττωμάτων που προκύπτουν από κενές θέσεις οξυγόνου σε διαστάσεις νανομέτρων. Ωστόσο, το ευρύ διάκενο περιορίζει τις πρακτικές εφαρμογές του, καθώς απορροφά μόνο το 4% του φωτός του ηλιακού φάσματος.

Οι ερευνητές έχουν διερευνήσει διάφορες πτυχές της φωτοκατάλυσης με χρήση ZnO, εστιάζοντας σε διαφορετικές μορφολογίες και νανοδομές. Για να ενισχυθεί η φωτοκαταλυτική απόδοση, νέα νανοϋλικά όπως τα νανοσύνθετα είναι τώρα υπό εξέταση.

Τα σημαντικά φωτο-οξειδωτικά χαρακτηριστικά του Ag3PO4 για την παραγωγή οξυγόνου από το νερό και την καταστροφή οργανικών ρύπων υπό ακτινοβολία ορατού φωτός το καθιστούν έναν πολλά υποσχόμενο φωτοκαταλύτη. Επιπλέον, το Ag3PO4 διαθέτει χαμηλότερο ενεργειακό διάκενο (2,45 eV) σε σύγκριση με το ZnO (3,37 eV) και επομένως μπορεί να ενεργοποιηθεί στην ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, όπου το ZnO είναι αδρανές. Παρά τις προαναφερθείσες εξαιρετικές ιδιότητες, το μέγεθός του, το κόστος παρασκευής του, η κακή διαλυτότητα στο νερό, η αναγωγή των ιόντων αργύρου (Ag+) σε μεταλλικό άργυρο (Ag0) κατά τη διάρκεια της φωτοκαταλυτικής διαδικασίας (φωτοδιάβρωση) και η χαμηλότερη ειδική επιφάνεια (SSA) είναι μερικοί από τους περιορισμούς. αυτής της ένωσης. Το καθαρό Ag3PO4 ως φωτοκαταλύτης χαρακτηρίζεται επίσης από χαμηλότερη απόδοση, λόγω του γρήγορου ρυθμού ανασυνδυασμού των φορέων φορτίου. Αυτά τα μειονεκτήματα μπορούν να ελαχιστοποιηθούν δημιουργώντας πολυφασικά υλικά που περιλαμβάνουν Ag3PO4 με ημιαγωγούς, όπως το ZnO.

Το ZnO-SiO2 θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ιδανικό υπόστρωμα λόγω της υψηλότερης θερμικής σταθερότητας και των βελτιωμένων μηχανικών ιδιοτήτων του. Επιπλέον, το ZnO-SiO2 μπορεί να φτάσει σε υψηλές τιμές ειδικής επιφάνειας και πορώδους, ομοιόμορφο σχήμα, μεγαλύτερη διασπορά και χαμηλό κόστος παραγωγής. Ως αποτέλεσμα, θεωρούνται ένα εξαιρετικό υλικό μεταφοράς. Αυτός ο τύπος υλικού μπορεί να μειώσει το κόστος των φωτοκαταλυτών χύδην φωσφορικού αργύρου, καθώς και να βελτιώσει τη φωτοκαταλυτική του δραστικότητα. Επιπλέον, η υψηλή ικανότητα προσρόφησης του άμορφου πυριτίου το καθιστά χρήσιμο στην παρασκευή υποστηριγμένων καταλυτών.

Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας θα παρασκευαστούν Ag3PO4@ZnO/SiO2 νανοσύνθετα υλικά για τη φωτοκαταλυτική αποδόμηση οργανικών ρύπων από υδατικά διαλύματα υπό την επίδραση ορατής ακτινοβολίας.

Ανατέθηκε: ΛΑΡΙΣΣΑ ΑΔΑΜΙΔΟΥ