用光催化剂去除废水中的致癌重金属

废水中发现的有毒重金属对受污染影响的社区的健康和安全有影响。六价铬是工业过程中一种危险的致癌副产品，已知会导致出生缺陷、严重腹泻，并与肾癌、膀胱癌和肝癌有关。

研究人员正试图找到从废水中去除六价铬的有效方法，最近发表的一篇论文展示了光催化技术如何成为一种解决方案。光催化是指使用光和催化剂来加速化学反应。

该论文于3 月 2 3 日发表在Polyoxometalates上。

“快速工业化导致含有重金属离子的废水排放量增加。六价铬具有很高的致癌性和致畸性，广泛存在于废水中，很容易进入食物链，”中国石家庄河北师范大学研究员马元元说。光催化技术是一种极具吸引力的去除废水中重金属的解决方案，因为它具有可持续性、成本效益和环境友好性。

“这种去除重金属离子的绿色方法通过基于沙漏型磷钼酸盐的结晶光催化剂使用可持续的光能，并通过调整沙漏型磷钼酸盐簇中的中心金属离子制定了一种调节光催化性能的策略，”马说. 研究人员之所以选择这种特殊类型的光催化剂，是因为它的分子特性和明确的沙漏型结构赋予了它广泛的光吸收能力和降低六价铬水平所需的能带结构。

研究人员测试了四种“混合”光催化剂，并将它们与其他六种光催化剂进行了比较。混合动力车的成分略有不同，但都具有相同的沙漏型结构，可以维持高达 200 摄氏度的温度。它们具有广泛的可见光吸收和相似的能带结构。研究人员将这些标记为混合 1、2、3 和 4。在 10W LED 灯下照射 80 分钟后，混合 1 和 3 的六价铬减少了约 90%，而混合 2 和 4 的六价铬减少了约 74% 和 71分别减少六价铬的百分比。

杂化物通常比任何测试的光催化剂表现得更好。表现最好的杂化物1和3都是基于Mn{P 4 M O6 } 2的杂化物。杂化物 2 和 4 是基于 Co{P 4 M O6 } 2的。研究人员怀疑更好的性能是由于结构差异使混合体 1 和 3 具有更窄的带隙。“光催化过程中的半导体光催化剂可以吸收与其带隙能量相匹配的光子，从而将有毒的六价铬转化为毒性较小的铬，”马说。

展望未来，研究人员将专注于改进光催化剂的设计，同时规划如何最好地将这项技术应用于现实世界的废水环境。“设计有效的光催化剂是解决水中重金属污染的第一步，”马说。“我们将设计更高效的光催化剂，并将开发的光催化剂应用于实际的工业废水。我们还将扩大污染水源的处理范围，努力实现所用光触媒材料的实用化。”

其他贡献者包括河北师范大学的 Xiao-Yu Yin、Hao-Xue Bi、Hao Song、Jing-Yan He、Ting-Ting Fang 和 Zhan-Gang Han。

国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省教育厅科技项目、中国博士后科学基金资助项目、河北师范大学科学基金、河北省创新能力提升计划项目省、河北省大学生科技创新项目支持该研究。

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