光催化剂结合反硝化和水分解治理硝酸盐污染

韩国的研究人员开发了一种太阳能光催化系统，该系统将水分解产生氢气，然后将氢气用作还原剂来进行反硝化。通过原位生成氢气，该系统可以将硝酸盐转化为二氮，而不需要添加任何其他还原剂。

硝酸盐是一种主要的水生污染物，通常与过度使用农业化肥或家庭和工业污水有关。目前去除硝酸盐的方法包括太阳能反硝化和辅助催化剂负载光催化剂。然而，由于亚硝酸盐和铵等有害副产物的释放，以及需要外部还原剂，它们的实际应用受到了限制。

为了克服这些挑战，Wonyong崔浦项科技大学的教授和同事们已经开发出一种反硝化光催化剂，它可以产生自己的还原剂。这种新型光催化剂包括铜钯催化剂和二氧化钛复合材料上的还原氧化石墨烯。铜催化硝酸盐转化为亚硝酸盐，钯催化亚硝酸盐转化为二氮，并产生氢气。

虽然研究小组发现光催化剂本身可以将硝酸盐转化为氮气，但引入还原氧化石墨烯作为电荷转移介质可以增加氢气的产生。系统中各组分的协同作用使原位生成的氢气能够立即用于将硝酸盐转化为氮。

研究小组表明，该系统直接将几乎100%的硝酸盐转化为二氮。Choi在解释耦合水分解对反硝化的意义时说:“因为光催化剂可以具有水分解能力来产生氢，如果你能将这种特性和光催化剂的反硝化特性结合起来，我认为有可能在不提供氢气作为外部试剂源的情况下实现硝酸盐向氮的完全转化。”

Choi说:“以前所有的光催化还原硝酸盐的研究都使用了化学还原剂，例如有机酸、酒精或氢气。”“当你使用化学还原剂时，会观察到有毒副产物的生成，但在我们的案例中，这种副产物的生成可以忽略不计。”

“太阳能驱动的硝酸盐转化为二氮的过程结合了两个世界的优点，它利用了阳光，一种取之不尽的能源来激活反应，而水则是还原剂的来源，”评论道Cláudia戈梅斯·席尔瓦他在葡萄牙波尔图大学开发环境应用光催化系统。“这项工作向太阳能驱动技术的发展迈出了一步，太阳能驱动技术是实现与水资源可用性和可再生能源相关的全球发展目标的可持续和有效途径。”

该团队目前正在研究如何扩大他们的系统。“在实际应用中，我们必须克服的一个限制是我们需要一个缺氧系统。实际上，制造一个缺氧系统需要大量的能量，”Choi说。因此，该团队未来的工作将研究如何在溶解氧存在的情况下有效应用反硝化光催化剂。