211service.com
Een tweeledige waterbehandelingstechnologie
Een nieuwe waterbehandelingstechniek die twee dure methoden combineert, zou een goedkopere en efficiëntere manier kunnen zijn om moeilijk te reinigen verontreinigingen te verwijderen. De technologie combineert fotokatalyse, waarbij licht wordt gebruikt om verontreinigende stoffen af te breken, en elektrochemische oxidatie, waarbij elektrische stroom wordt gebruikt om hetzelfde te doen.
Waterontgifting: Afvalwaterverontreinigende stoffen krijgen een een-tweetje door nieuwe technologie die UV-straling en elektrochemie combineert.
Aicheng Chen , een universitair hoofddocent en Canada Research Chair van materiaal- en milieuchemie aan de Lakehead University, in Ontario, heeft een patent aangevraagd op het proces en zegt dat het binnen twee jaar op de markt kan worden gebracht. Chen combineerde de twee waterbehandelingsmethoden door een elektrode voor twee doeleinden te maken. Aan de ene kant is de elektrode bedekt met een fotokatalysator en aan de andere kant met een elektrokatalysator. Chen testte het vermogen van de elektrode om twee verschillende nitrofenolen te verwijderen: chemicaliën die vaak worden gebruikt om medicijnen, pesticiden, fungiciden en kleurstoffen te maken en die vaak worden aangetroffen in industrieel afvalwater. De elektrode met dubbele functie verwijderde in drie uur tussen 85 en 90 procent van de notoir moeilijk te verwijderen verontreinigende stoffen, vergeleken met slechts 30 en 60 procent voor beide technieken alleen. Chen's resultaten waren: vorige maand gepubliceerd in het journaal Milieuwetenschap en -technologie .
Fotokatalyse en elektrochemische oxidatie zijn beide uitgebreid bestudeerd voor hun gebruik in waterbehandeling, maar worden niet op grote schaal gebruikt omdat geen van beide efficiënt genoeg is om de kosten te rechtvaardigen. Bij fotokatalyse treft ultraviolette straling een katalysator, vaak titaniumdioxide, waardoor elektronen in het materiaal naar een hogere energietoestand worden gebracht. Dit laat op zijn beurt positief geladen gaten vrij om verontreinigende stoffen te oxideren. Maar fotokatalyse is niet erg efficiënt omdat de elektronen vaak gewoon opnieuw aan de gaten binden.
Elektrochemische oxidatie werkt door een stroom door een katalysator in water te leiden om verontreinigende stoffen te oxideren. In combinatie met fotokatalyse verhoogt dit proces de efficiëntie, deels omdat de stroom voorkomt dat de elektronen en gaten die door fotokatalyse worden gegenereerd, opnieuw combineren.
De meest economische en meest gebruikte waterbehandeling maakt gebruik van bacteriën om verontreinigende stoffen af te breken. Maar biologische behandeling is niet altijd het meest effectief, met name voor afvalwater met hoge concentraties organische of giftige verbindingen, dus water moet herhaaldelijk worden behandeld, vaak met chemicaliën zoals chloor, wat de kosten verhoogt.
Biologische zuivering is niet voor al het afvalwater nuttig, zegt Chen. In water met hoge concentraties verontreinigende stoffen, een zeer hoge pH of een zeer lage pH, is het moeilijk voor de bacteriën om te overleven.
Volgens een recent rapport van Lux onderzoek , zal het watergebruik naar verwachting wereldwijd groeien tot 40 procent in 2030, en de watergerelateerde inkomsten zullen naar verwachting groeien van ongeveer $ 500 miljard in 2007 tot bijna $ 1 biljoen in 2030. Dergelijke voorspellingen hebben geleid tot een sterke interesse in nieuwe, mogelijk meer efficiënte waterbehandelingstechnologieën in de afgelopen jaren. Omdat de vraag naar schoon water blijft groeien, zoeken onderzoekers naar nieuwe manieren om verontreinigd water te behandelen; volgens een ander Lux-rapport is er een scala aan opties nodig omdat het aantal moeilijk te verwijderen verontreinigingen in afvalwater ook groeit.
Heather Landis, senior analist van Lux Research, zegt dat de technologie van Chen uniek is en potentieel heeft. Andere bedrijven hebben titaandioxide gebruikt in fotokatalyse, maar tot nu toe heeft niemand fotokatalyse gecombineerd met elektrochemie, zegt ze. Maar volgens Landis zal Chen de techniek moeten demonstreren op afvalwatermonsters die meerdere verontreinigingen bevatten, in tegenstelling tot alleen de vervuilende nitrofenol.
Alexander Orlov , een assistent-professor materiaalkunde en techniek aan de Stony Brook University, in New York, zegt dat Chen's aanpak nichetoepassingen zou kunnen vinden, met name voor de behandeling van afvalwater met hoge concentraties nitrofenolen. Orlov zegt echter dat een potentieel probleem zou kunnen liggen bij de titaniumdioxidekatalysator, die na verloop van tijd zijn reactiviteit verliest. Verdere tests zullen moeten worden gedaan om de levensvatbaarheid op lange termijn aan te tonen, zegt hij. Hoewel Chen erkent dat dit een probleem kan zijn, zegt hij dat titaniumdioxide over het algemeen een goede katalysator is omdat het zowel chemisch inert als niet-toxisch is. Chen experimenteert echter ook met nanostructuren van titaniumdioxide, die op de lange termijn veerkrachtiger zouden moeten zijn.
Hoe de techniek zal presteren in vergelijking met biologische behandeling is nog onbekend. Omdat bij biologische behandeling bacteriën worden gebruikt en er weinig onderhoud nodig is, zijn de kosten relatief laag. Chen zegt dat biologische behandeling in het begin in ieder geval goedkoper zal zijn. Maar omdat zijn methode superieur is in het verwijderen van nitrofenolen, is hij van mening dat deze kan worden gebruikt in combinatie met biologische behandeling, met name voor de behandeling van zwaar vervuild industrieel of landbouwafvalwater. Chen zegt dat zijn aanpak ook een voorsprong kan hebben op soorten waterbehandeling die chemische behandelingen gebruiken, zoals chloor, die minder milieuvriendelijk zijn.
De volgende stap is om de methode te testen op andere verontreinigende stoffen, een kostenanalyse uit te voeren en het proces op te schalen. Chen zegt dat zijn groep nu werkt aan de bouw van een prototype zuiveringsinstallatie, die tegen het einde van het jaar klaar moet zijn.