Heterogén katalizátorok a víztisztításban

Kitekintés a jövő víztisztító technológiái tükrében

Pap Zsolt, Hernádi Klára

A víz jelenléte és fontossága az emberiség mindennapi életében megkérdőjelezhetetlen. A hétköznapi élet szempontjából a víz fogalma döntően az ivóvizünket és a természetes vízforrásainkat fedi. Ahhoz, hogy megfelelő minőségű víz érkezzen naponta a felhasználóhoz, a természetes vízforrások tisztaságának megőrzése kulcskérdés, amelynek fenntartásához a szennyvizek és egyéb szennyező források megfelelő tisztítása szükséges. Nem utolsósorban a környező vízforrások tisztaságára való összpontosítás azért is fontos, mert a vízhez kötött rengeteg állat- és növényfaj egzisztenciája foroghat kockán.

 A fenti probléma megfelelő kezelése a fejlett víztisztító technológiák kidolgozásán alapul. A megfelelő kezelés alatt olyan módszerek alkalmazása értendő, amelyek minimális energiabefektetést igényelnek, költséghatékonyak, jó hatásfokkal rendelkeznek és minimális kockázatot képviselnek minden tekintetben (környezetre és emberre gyakorolt hatás). Az előbbi kritériumsorozatnak leginkább a heterogén fotokatalízis felel meg, hiszen a fotokatalitikus szennyvíztisztítás során az energiaforrás a napfény, a katalizátor gyakorlatilag végtelenszer újrahasznosítható, nagy hatékonysággal bontja el a szerves szennyezőket (vízre, szén-dioxidra és szervetlen sókra) és minimális a kockázat a technológia alkalmazása során.

katal.jpg

A fotokatalizátorok működési elve

A fotokatalizátorok alapvető működési elve a félvezetők sávszerkezetén alapszik. Úgy a szigetelőkben, mint vezetőkben és a félvezetőkben, vezetési és vegyértéksáv, valamint az ezeket elválasztó tiltott sáv található. A szigetelők esetében ez a sáv nagyon széles (3,5–3,6 eV), félvezetőknél mérsékelt (0,5–3,5 eV), a vezetők esetében pedig gyakorlatilag 0. A félvezetők esetében, ha megfelelő energiával (ultraibolya (UV), látható fénnyel) egy elektront gerjesztünk a vegyértéksávban, akkor az a vezetési sávba kerül, ami által kialakul egy töltéspár (elektron/lyuk – e/h+). Amennyiben nem rekombinálódik a két töltéshordozó, akkor redoxreakcióban képesek részt venni (a lyukoldalon oxidáció zajlik, míg az elektronoldalon redukció), aminek közvetett eredménye – összetett, gyökös folyamatok révén − a szerves szennyezők lebontása. A bontási folyamatot vagy közvetetten a lyuk végzi, vagy közvetlenül történik, a keletkező OH-gyökök segítségével, amelyek a következő mechanizmus szerint keletkeznek.

Nem kérdéses tehát, hogy a fotokatalizátorok hatékonysága a fent említett alapfolyamatoktól függ. Ezeket az elemi lépéseket azonban nagyon nehéz közvetlenül befolyásolni. Közvetetten viszont számos lehetőség áll rendelkezésre.


Vissza a tartalomhoz

 pdfMEGNYITÁS/LETÖLTÉS