え、え、何

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5716 (2023) この記事を引用

832 アクセス

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

複雑な汚染物質が川や海洋に排出され蓄積しているため、汚染物質を効率的に解決するには複合的な戦略が必要です。 効率的な油/水分離と可視光駆動色素の光分解を実現できる、C,N 共ドープ TiO2 中空ナノファイバーでコーティングされたステンレス鋼メッシュを使用して複数の汚染物質を処理する新しい方法が提案されています。 ポリ(ジビニルベンゼン-co-ビニルベンゼンクロリド)、P(DVB-co-VBC)、ナノファイバーは、メッシュフレームワーク上でカチオン重合を沈殿させ、続いてNドーピングのためのトリエチルアミンによる四級化によって生成されます。 次に、チタン酸テトラブチルのその場ゾルゲルプロセスを介して、TiO2 がポリマーナノファイバー上にコーティングされます。 C,N 共ドープ TiO2 中空ナノファイバーでコーティングされた機能性メッシュは、窒素雰囲気下での焼成後に得られます。 得られたメッシュは超親水性/水中超疎油性を示し、油/水の分離に有望です。 さらに重要なことは、C,N 共ドープ TiO2 中空ナノファイバーが、可視光下で染料に高い光分解能力をメッシュに与えていることです。 この研究では、廃水処理における潜在的な用途向けに、手頃な価格でありながら高性能の多機能メッシュを描きます。

複雑な汚染物質を含む廃水の分離と処理は、産業および環境科学において常に困難な問題です。 繊維、鉱業、食品、石油、金属/鉄鋼産業、海運から排出された流出油は、世界規模で深刻な生態学的災害を引き起こしています1、2、3、4。 流出した油の浄化技術が緊急に必要とされており、油を含む廃水処理の効率的な戦略を開発する研究者が注目されています。 超湿潤材料に基づく物理的な油/水の分離は、エネルギー消費が低く、効率が高いため、広く研究されています5、6、7。 超疎水性/超親油性フィルターまたは吸収剤は、水を堰き止めて油を通過または吸収することによる油/水の分離に最もよく使用されます8、9、10、11、12。 しかし、これらの超疎水性/超親油性の表面は、油性廃水から原油などの高粘度の油を分離すると、簡単に汚れて詰まりやすくなります。

この問題を解決するために、2 つの主要な戦略が提案されています。 一部の研究者は、ジュール加熱 13,14,15、光熱変換 14,16,17,18、電磁誘導 19,20 などの外部加熱源を使用して、周囲の原油の粘度を低下させようと試みました。 もう 1 つの戦略は、超親水性/水中超疎油性膜の作製であり、これはより注目に値します 21。 水は超親水性/水中超疎油性膜を通過できますが、油ははじかれ、膜の汚染を防ぎます。 超親水性/水中超疎油性表面を実現するには、通常、膜またはフレームワークをヒドロゲルネットワーク 22,23、高分子電解質鎖 24,25、両性イオンポリマー 26,27、親水性多糖類 28,29 などでコーティングします。膜またはフレームワーク上でコーティングまたはその場で成長させ、超親水性/水中超疎油性表面を作製します。 例えば、超親水性／水中超疎油性表面を有する無機複合膜は、金属酸化物ナノ粒子（例えば、ＳｉＯ２３０、３１、ＺｎＯ３２、ＴｉＯ２３３、３４、３５、ＮｉＯ３６、ＷＯ３＠Ｃｕ（ＯＨ）２３７、ＺｎＯ＠Ｃｕ２Ｏ３８、ＣｕＷＯ４）から調製されている。 ＠Ｃｕ２Ｏ３９）、金属ナノ粒子（例えば、Ａｇ４０、４１、Ｎｉ４２、Ｃｕ４３）、ゼオライト４４、ＭＸｅｎｅ３５、４５、およびＭＯＦ４６、４７。 また、無機機能成分の一部は光触媒活性を示し、複合汚染物質を含む排水の浄化を実現します。

前述したように廃水の成分は複雑であり、多段階の処理が望まれます。 水溶性の汚染物質は物理的な分離では容易に処理できません。 そこで、無機ナノ粒子を用いた多機能膜が重宝されます。 その中でも、光触媒を担持した超親水性/水中超疎油性膜は、油/水混合物を分離できるだけでなく、水中の染料などの汚染物質の分解も実現でき、幅広い応用の可能性を秘めています48,49。 しかし、ほとんどの無機ナノ粒子は固有の広いバンドギャップのため、UV 光照射下でのみ水溶性汚染物質の光​​触媒分解を実現しました 38。 可視光照射下で汚染物質の光​​分解を実現することは困難です。 あるいは、可視光照射下での光劣化は、低バンドギャップのナノ粒子（例：CuWO4@Cu2O39）や、金属性の高い導電性キャリアを有する金属酸化物半導体のバンドギャップを下げることで実現されています（例：酸化グラフェン34,50、窒化炭素51,52、MXene35）。 、45,53,54および金属硫化物55,56,57,58)。 しかし、これらの戦略には通常、毒性と複雑なプロセスに悩まされる重金属が必要です。 可視光光触媒を低価格で実現するために、金属酸化物半導体、特に TiO2 ベースのナノ材料には、バンドギャップを低くするためにハイブリッド原子がドープされています 59,60,61,62,63。 C,N 共ドープ TiO2 は、特に優れた可視光触媒活性を示します 64,65,66。 可視光光触媒活性と超湿潤特性を同時に備えた TiO2 ベースの膜を調製することは実現可能であるはずです。