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天津大學科研團隊開發基于MXene的新型光催化劑安全空氣消毒

      2020-08-25       

 本站訊 (環境學院供稿)新冠疫情的暴發,使人們對空氣消毒日益重視。其中,紫外輻射是一種常見的空氣消毒技術。然而,在實際的消毒過程中,微生物往往存在“復活”現象,從而大大影響了消毒效果。

近日,天津大學環境學院王燦教授團隊研發出一種基于單層Ti3C2Tx(MXene)和暴露{001}晶面的TiO2的新型光催化劑,可提高光催化活性,取得更高的消毒效率。該研究對前體MAX相蝕刻、插層、超聲剝層,制備單層Ti3C2Tx納米片,即MXene;通過水熱法并同時調控TiO2晶面,合成光催化劑MXene/{001}TiO2,浸漬涂覆于聚氨酯(PU)海綿。

在此基礎上,該研究將涂覆TiO2/MXene的PU海綿填充入連續流光催化反應器,用于動態的空氣消毒,發現相比于傳統的紫外消毒技術顯著提高了對空氣微生物的滅活效率。該研究進一步探究了紫外/光催化消毒后的空氣微生物在有光(光復活)和無光(暗修復)條件下的復活情況,結果表明,與單獨紫外消毒相比,經過光催化滅活的空氣微生物基本無暗修復現象,在可見光下細菌濃度甚至呈現持續下降趨勢。進一步對滅活機理的研究發現,紫外線通過作用于細胞DNA生成嘧啶二聚體滅活細菌,該損傷可在一定波長的可見光下被修復,細菌復活;而光催化的加入產生了活性氧自由基,對細菌的細胞結構造成了不可逆的損傷,這類損傷難以修復。因此,基于該研究中合成的新型光催化劑,可以達到更高的空氣消毒效率,同時實現更徹底的消毒效果。相關的技術成果在新冠肺炎病毒污染場所的空氣消毒等領域也具備應用前景。

圖1 光催化劑MXene/{001}TiO2的制備過程

圖2 紫外輻射和基于MXene/{001}TiO2的空氣消毒原理比較

該成果于2020年8月23日以“Photocatalytic inactivation of airborne bacteria in a polyurethane foam reactor loaded with a hybrid of MXene and anatase TiO2exposing {001} facets”為題在線發表在期刊Chemical Engineering Journal(影響因子10.652)上,天津大學碩士生路思藝為第一作者,王燦教授為通訊作者,該研究得到了國家自然科學基金(51678402)、天津市新冠疫情應急專項(20ZXGBSY00100)的資助。

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126526

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