“使用Co3O4改性{001}/{101}-TiO2纳米片从光催化处理制药废水中回收氢能”
ACS环境与技术工程
氢是一种无污染的能源,它是用阳光而不是化石燃料从水中提取的。但目前使用催化剂和光“分裂”或分解水分子的策略需要引入化学添加剂来加速这一过程。现在,ACS ES&T Engineering的研究人员已经开发出一种催化剂,可以破坏废水中已经存在的药物和其他化合物,生成氢燃料,在生产有用物质的同时去除污染物。
利用太阳能分解水来制造氢燃料是一种很有前途的可再生资源,但即使使用催化剂来加速,这也是一个缓慢的过程。在某些情况下,添加醇或糖可以加快氢气的生成速度,但这些化学物质会随着氢气的生成而被破坏,这意味着这种方法是不可再生的。在另一种策略中,研究人员尝试利用废水中的污染物来提高氢燃料的生成。虽然钛基催化剂既能去除污染物又能生成氢气,但由于反应位置重叠,这两个步骤的效率都低于预期。减少这种干扰的一种方法是通过将不同的导电金属熔合在一起来制造催化剂,从而为反应的发生创造单独的场所。因此,李传浩和同事们希望将氧化钴和二氧化钛结合起来,创造出一种双功能催化剂,可以分解废水中的常见药物,同时有效地将水转化为氢气作为燃料。
为了制造催化剂,研究人员在纳米二氧化钛晶体上涂上一层薄薄的氧化钴。最初的测试表明,这种材料不会产生太多氢气,因此作为下一步,研究小组在这种双催化剂中加入了1%重量的铂纳米颗粒——一种高效但昂贵的氢气生成催化剂。在模拟阳光下,浸渍铂的催化剂降解了两种抗生素,并产生了大量氢气。最后,该团队在真实废水、中国河流中的水和去离子水样本上测试了他们的产品。在模拟阳光下,催化剂刺激了所有三个样品的制氢。从废水样品中获得的氢气量最大。研究人员表示,通过同时产生氢燃料,他们的催化剂可能是一种可持续的废水处理选择。
作者承认中国国家自然科学基金,广东省科技计划项目,中山大学中央大学基础研究基金和广东省环境污染控制与修复技术重点实验室研究基金项目。