作者:奥黛丽·莫德·韦齐纳，INRS 用于制备氮钨共掺杂氧化钛光电极的磁控溅射等离子体反应器
信用:我的阿里埃尔卡卡尼，INRS 阿特拉津是北美使用最广泛的农药之一
INRS国家科学研究所的研究人员开发了一种新的方法来降解它，这种方法结合了一种新的纳米结构材料和阳光
阿特拉津存在于整个环境中，甚至存在于全国数百万人的饮用水中
传统的水处理方法不能有效降解这种杀虫剂
更新的工艺更有效，但使用的化学物质会在环境中留下有毒的副产品
纳米结构材料专家My Ali El Khakani教授和电子技术和水处理专家Patrick Drogui教授联手开发了一种尽可能不含化学物质的阿特拉津生态降解新工艺
“通过协同工作，我们能够开发出一种水处理工艺，而这是我们单独无法实现的
这项研究的主要作者埃尔·卡卡尼教授说:“这是学科间研究的巨大附加值之一。”他的研究结果今天发表在《今日催化》杂志上
研究人员使用一种被称为光电催化的现有工艺，他们已经针对阿特拉津的降解进行了优化
该过程使用两个电荷相反的光电极(光敏电极)
在光和电势的作用下，它在光电极表面产生自由基
这些自由基与阿特拉津分子相互作用并降解它们
“使用自由基是有利的，因为它不会像氯那样留下有毒的副产品
它们反应强烈且不稳定
由于它们的寿命很短，它们往往会很快消失，”该研究的合著者德罗基教授解释道
材料的挑战 为了制造光电极(光敏电极)，埃尔·卡卡尼教授选择了氧化钛(二氧化钛)，这种材料非常丰富，化学性质稳定，用于许多应用，包括油漆或防晒霜中的白色颜料
通常，这种半导体材料将紫外线提供的光能转化为活性电荷
为了利用整个太阳光谱，我
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可见光除了紫外线，埃尔·卡卡尼教授必须使二氧化钛薄膜对可见光敏感
为此，他的团队利用等离子体工艺，通过引入氮和钨原子，在原子尺度上对氧化钛进行了改性
这种掺杂降低了在这些新型光电极中触发脉冲电化学发光所需的光子能量
由于等离子体化学气相沉积过程实际上是一种表面现象，大体积的处理需要光电极的大表面积
为此，埃尔·卡卡尼教授的团队充分利用了光电极表面纳米结构的优势
“与其有一个平坦的表面，不如想象一下在纳米尺度上雕刻它来创造山谷和山脉
这增加了可用的活动表面，而不改变物理表面
这被称为纳米结构
因此，与物理表面相比，活性表面被人为地增加了几千倍
埃尔·卡卡尼教授说:“用1克材料，可以达到50至100平方米的有效表面积——大约相当于一个公寓的面积。”
新工艺效率及其局限性 一旦光电极被开发出来并集成到PEC反应器中，德罗基教授的团队就优化了这一过程
他的团队首先使用添加了阿特拉津的软化水样本
经过300分钟的处理后，带有光电极的PEC消除了约60%的农药
研究人员随后转向从尼科莱特河(加拿大魁北克省)采集的真实水样，该河位于经常使用除草剂的玉米和大豆密集农业区附近
当使用实际水样时，最初只有8%的阿特拉津被降解
这一低百分比是由于悬浮粒子的存在阻止了大部分光到达光电极
此外，溶液中存在的物质可以附着到电极上，从而减小其活性面积
卓基教授的团队利用其在水净化方面的专业知识，在再次应用PEC方法之前，对某些物种进行了基于混凝和过滤的预处理
然后他们成功地降解了真实样品中38%到40%的阿特拉津
与合成水相比，处理效率仍然相对较低，因为真正的水含有碳酸氢盐和磷酸盐，它们能捕获自由基并阻止它们与阿特拉津反应
“化学混凝预处理有助于去除磷酸盐，但不能去除碳酸氢盐
可以添加钙来沉淀它们，但我们希望尽量减少化学物质的使用，”卓基教授说
根据作者的说法，他们新优化的五氯苯甲醚在去除悬浮颗粒和可凝结物种后，可用作三级处理
然而，在考虑大规模使用之前，需要一个工业化前的示范阶段
最后，他们的方法已经被用于降解阿特拉津，但是这两个团队继续合作解决水中其他新出现的污染物和抗生素残留
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