Электрод из нанотрубок TiO2 для разложения органических веществ в потоке

npj Чистая вода, том 5, Артикул: 7 (2022) Цитировать эту статью

2870 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Двойная система фотоэлектрохимического (PEC) окисления и емкостной деионизации с проточным электродом (FCDI) была исследована для эффективной очистки солоноватой воды. Два анодных электрода с электрохимически самолегированными массивами TiO2 (массивы нанотрубок TiO2 с синей сеткой и синей пластиной (BM-TNA и BP-TNA)) были изготовлены путем отжига при 600 ° C и применены для обработки водной системы. В частности, BM-TNA подтвердил более низкое электрическое сопротивление и превосходные характеристики при использовании нескольких источников света (УФ-A, -B и -C). Кроме того, система генерировала мощные окисляющие активные формы кислорода (АФК), которые были оценены по разложению восьми органических загрязнителей: бисфенола-А, 4-хлорфенола, циметидина, сульфаметоксазола, бензойной кислоты, фенола, нитробензола и ацетаминофена. Эффективность разложения была стабильной в широком диапазоне pH, а долговечность электрода BM-TNA была продемонстрирована в ходе длительной эксплуатации. Одновременно оптимизация процесса FCDI с помощью ключевых рабочих параметров (загрузка электродной массы и приложенное напряжение) позволила достичь превосходных характеристик опреснения и удельного энергопотребления (SEC). В частности, увеличение массовой нагрузки усиливает транспорт заряда за счет формирования стабильных путей перколяции заряда, что приводит к улучшению проводимости раствора. Наконец, осуществимость двойной системы (PEC-FCDI) была проверена посредством полной деградации органических субстратов и успешного опреснения солоноватой воды.

Растущий спрос на пресную воду из-за нехватки воды во всем мире стал актуальной проблемой, которую необходимо решить1,2. Только 5–6% многочисленных водоемов на Земле содержат пресную воду, пригодную для непосредственного использования, а остальная часть состоит в основном из морской воды3,4. В этих обстоятельствах все больше усилий было направлено на очистку соленой воды, чтобы обеспечить безопасное снабжение пресной водой5,6. Соленая вода обычно классифицируется на основе ее концентрации солености, которая обычно выражается как общее количество растворенных твердых веществ (TDS); Морская и солоноватая вода имеют значения TDS >35 000 и 1 000–10 000 мг/л соответственно7. Из них было обнаружено, что солоноватая вода в основном содержит органические загрязнители, такие как сульфаметоксазол (SMX), бисфенол-А (BPA), ацетаминофен (AMP), 4-хлорфенол (4CP), нитробензол (NIB), бензойная кислота (BA). , фенол (PH) и циметидин (CMT), которые, как предполагается, происходят из различных источников сточных вод (таких как промышленные, медицинские и аквакультурные фермы)8. Эти загрязняющие вещества переносятся по водоемам, вызывая серьезное нарушение водной жизни (например, генетическая изменчивость и сильная устойчивость)9 и отрицательно влияя на организм человека при употреблении в пищу, поскольку они обычно действуют как вещества, нарушающие работу эндокринной системы10,11. Поэтому разработка и успешное применение технологий очистки загрязненной солоноватой воды для питья или бытового использования является актуальной задачей12.

Процессы мембранного опреснения, такие как обратный осмос (RO) и нанофильтрация (NF), были отмечены как типичные технологии очистки воды. В частности, обратный осмос морской воды и обратный осмос солоноватой воды (BWRO) широко используются в качестве типичных процессов опреснения морской воды, тогда как BWRO и NF применяются для очистки солоноватой воды. Соответственно, процесс NF широко внедряется в регионах, которые в значительной степени зависят от солоноватой воды в качестве дополнения к запасам пресной воды13,14. Однако обычно сообщается, что мембрана NF неадекватно отталкивает одновалентные ионы, и хотя эффективность в отношении двухвалентных ионов и TOC может быть удовлетворительной, удаление органических веществ усугубляет загрязнение поверхности мембраны15,16. Кроме того, недавнее исследование, всесторонне рассматривающее удаление органических соединений с помощью процесса NF, показало, что большое количество органических загрязнителей (т.е. PH, NIB) демонстрируют чрезвычайно низкий уровень отторжения в процессе17. К общим недостаткам технологии относятся: (i) образование отложений ионами кальция и магния, (ii) засорение взвешенными твердыми частицами и органическими веществами, (iii) низкая эффективность удаления конкретных органических загрязнений и (iv) высокие затраты на техническое обслуживание, поскольку давление является главным фактором. движущая сила18,19,20,21. Таким образом, фотоэлектрохимическое (PEC) окисление в сочетании с емкостной деионизацией с проточным электродом (FCDI) было представлено как эффективный процесс как для удаления органических загрязнителей, так и для опреснения, чтобы заменить энергоемкий, но недостаточный традиционный мембранный процесс.