С быстрым ростом промышленной и сельскохозяйственной деятельности водные объекты все больше загрязняются вредными органическими загрязнителями, такими как красители, антибиотики и бисфенол А. Традиционные методы, такие как адсорбция, химическая обработка и биологические процессы, имеют ограничения, в том числе неэффективность, потенциальное вторичное загрязнение, и высокие эксплуатационные расходы.

Из-за этих проблем существует острая необходимость изучения инновационных и устойчивых технологий очистки воды, что приведет к исследованию пьезокаталитических методов, которые используют механическую энергию для запуска химических реакций для эффективного разложения загрязнителей.

Новое исследование, проведенное исследователями из Университета Южного Китая и Университета электроэнергетики Северного Китая, было опубликовано 22 августа 2024 года в журнале Эко-окружающая среда и здоровье. Исследование показывает, как пьезокатализ, подход зеленой химии, может использовать механические силы, такие как ультразвуковые колебания, для разложения различных органических загрязнителей в воде.

Интегрируя эту технологию с передовыми процессами окисления, исследование открывает новые пути улучшения восстановления окружающей среды, предлагая недорогое, эффективное и экологически чистое решение для очистки воды.

Исследование сосредоточено на применении пьезокаталитических методов с использованием различных пьезоэлектрических материалов, таких как ZnO, BaTiO.₃и МоС₂которые демонстрируют замечательную эффективность в разложении загрязняющих веществ, таких как красители, антибиотики и другие опасные органические соединения.

Этот процесс включает в себя преобразование механической энергии в электрическую, создавая внутреннее электрическое поле, которое запускает окислительно-восстановительные реакции, приводящие к разрушению загрязняющих веществ. Сочетание пьезокатализа с другими технологиями, такими как фотокатализ, еще больше усиливает разложение загрязняющих веществ за счет повышения эффективности разделения зарядов и расширения рабочего диапазона.

Ключевые моменты включают использование BaTiO.₃ наночастицы, которые продемонстрировали почти полную деградацию RhB в мягких механических условиях, и MoS₂которые эффективно используют поток воды для запуска пьезокаталитических реакций с автономным питанием.

В исследовании также обсуждаются стратегии модификации для улучшения пьезоэлектрических характеристик, такие как элементное легирование и создание гетеропереходов для улучшения разделения зарядов. Эти результаты позиционируют пьезокатализ как универсальный инструмент в устойчивом управлении загрязнением воды, особенно в тех областях, где традиционные методы неэффективны.

Доктор Хунцин Ван, один из ведущих исследователей исследования, заявил: «Пьезокатализ представляет собой новаторский подход к очистке воды, использующий легкодоступную механическую энергию для проведения химических реакций экологически безопасным способом. Интеграция этой технологии с передовыми каталитическими процессами предлагает многообещающий путь решения глобальных проблем загрязнения воды.

«Наше исследование не только демонстрирует потенциал пьезокатализа, но и открывает новые возможности для использования механической энергии из природных источников, таких как приливные движения, для улучшения усилий по восстановлению окружающей среды».

Значение этого исследования огромно: оно представляет собой устойчивую альтернативу традиционным методам очистки воды. Пьезокаталитические методы могут применяться в различных условиях окружающей среды: от очистных сооружений до децентрализованных систем в отдаленных районах.

Собирая механическую энергию из природных источников, таких как ветер, волны или деятельность человека, эта технология может произвести революцию в управлении загрязнителями, не полагаясь на внешние источники энергии. Более того, его сочетание с другими каталитическими методами повышает общую эффективность, что делает его важнейшим инструментом для будущих стратегий очистки воды и инициатив по защите окружающей среды.