อุตสาหกรรมการย้อมสีและพิมพ์ผ้าเป็นผู้บริโภคน้ำอุตสาหกรรมรายใหญ่ในจีน และยังเป็นอุตสาหกรรมสำคัญที่มีปัญหามลพิษและการปล่อยมลพิษสูง กระบวนการผลิตการพิมพ์และย้อมสีก่อให้เกิดน้ำเสียอินทรีย์ปริมาณมากซึ่งประกอบด้วยสีย้อม สารช่วยในการขึ้นรูป และสารเสริมต่างๆ น้ำเสียประเภทนี้มีลักษณะเด่นคือมีความเข้มของสีสูง ระดับ COD สูง และความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพต่ำ อีกทั้งยังมีสารอินทรีย์อะโรมาติกที่ทนทานต่อการย่อยสลายอยู่ในปริมาณมาก กระบวนการบำบัดแบบดั้งเดิม เช่น การตกตะกอน การทำให้แข็งตัว และการบำบัดทางชีวภาพ ยากที่จะกำจัดสารเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้มีโอกาสสูงที่จะก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำและทำลายระบบนิเวศทางน้ำ ภายใต้บริบทของนโยบาย “คาร์บอนคู่” และกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด, นาโนสังกะสีออกไซด์ เทคโนโลยีโฟโตคาทาลิสติก—ด้วยข้อดีของประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาสูง เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ค่าใช้จ่ายที่ควบคุมได้ และความสามารถในการย่อยสลายสารอินทรีย์ได้อย่างสมบูรณ์—ได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักสำหรับการบำบัดขั้นสูงของน้ำเสียจากการย้อมสีผ้า และถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านการบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรมสิ่งทอ.

น้ำเสียจากการย้อมสีผ้ามีองค์ประกอบที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง นอกจากสารแขวนลอยจำนวนมากแล้ว สารมลพิษหลักยังรวมถึงสีย้อมชนิดปฏิกิริยา สีย้อมชนิดกรด สีย้อมชนิดกระจายตัว และสารเสริมอินทรีย์ต่างๆ สารอินทรีย์เหล่านี้มีความเสถียรภาพสูงและทนต่อการย่อยสลาย ซึ่งเป็นความท้าทายหลักในการบำบัดน้ำเสีย.

nano-zinc oxide
นาโนสังกะสีออกไซด์

ประการแรก โมเลกุลสีย้อมอินทรีย์ในน้ำเสียจากการพิมพ์และย้อมผ้าส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างอะโรมาติกที่เชื่อมโยงกัน มีความเสถียรทางเคมีและทนต่อกรด ด่าง และแสงสว่าง กระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิมสามารถทำให้เกิดการตกตะกอนและฟลอคคูลาชันของสารมลพิษได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถทำลายโครงสร้างโมเลกุลได้ เพียงแค่ย้ายสารมลพิษไปยังที่อื่นแทนที่จะย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ ประการที่สอง สารอินทรีย์บางชนิดที่มาจากกระบวนการพิมพ์และย้อมผ้ามีพิษ การปล่อยลงแหล่งน้ำโดยตรงอาจยับยั้งการทำงานของจุลินทรีย์ในแหล่งน้ำ ทำลายความสามารถในการฟอกตัวเองของแหล่งน้ำ และนำไปสู่การเสื่อมสภาพของคุณภาพน้ำจากการสะสมในระยะยาว ในที่สุด กระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบดั้งเดิมมีต้นทุนการดำเนินงานและบำรุงรักษาสูง มลพิษทุติยภูมิรุนแรง และการย่อยสลายไม่สมบูรณ์ ยากที่จะตอบสนองมาตรฐานที่เข้มงวดในปัจจุบันสำหรับการปล่อยน้ำเสียอุตสาหกรรมและการนำกลับมาใช้ใหม่ จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องพัฒนาเทคโนโลยีบำบัดใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม.

นาโนสังกะสีออกไซด์เป็นวัสดุนาโนฟังก์ชันเซมิคอนดักเตอร์แบบแบนด์แกปขนาดใหญ่ทั่วไป เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโฟโตคาทาลิสติกแบบดั้งเดิม เช่น ไทเทเนียมไดออกไซด์ นาโนสังกะสีออกไซด์มีฤทธิ์โฟโตคาทาลิสติกที่แข็งแกร่งกว่า มีช่วงการตอบสนองสเปกตรัมที่กว้างกว่า และมีอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพสูงกว่า ทำให้เป็นวัสดุเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียจากการย้อมสีผ้า โดยมีข้อดีหลักที่โดดเด่นอย่างมาก.

  • มีฤทธิ์โฟโตคาทาลิสติกสูงและประสิทธิภาพการย่อยสลายยอดเยี่ยม.

นาโนสังกะสีออกไซด์มีผลกระทบระดับนาโนและพื้นผิวที่เป็นเอกลักษณ์ มีพื้นที่ผิวเฉพาะสูงและตำแหน่งที่มีฤทธิ์สูงมากมาย เมื่อถูกแสง irradiation จะเกิดอิเล็กตรอนและโฮลที่ถูกกระตุ้นอย่างรวดเร็ว ผลิตสารที่มีฤทธิ์ออกซิเดชันสูง เช่น อนุมูลไฮดรอกซิลและอนุมูลซูเปอร์ออกไซด์ ซึ่งสามารถทำลายพันธะเคมีของโมเลกุลสารอินทรีย์ในน้ำเสียจากการย้อมสีผ้าได้อย่างรวดเร็ว ย่อยสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ที่ย่อยสลายยากให้กลายเป็นสารอนินทรีย์โมเลกุลเล็ก.

  • เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่มีมลพิษทุติยภูมิ.

นาโนสังกะสีออกไซด์มีความเสถียรทางเคมี ปลอดสารพิษ ไม่เป็นอันตราย และทนต่อการกัดกร่อน กระบวนการปฏิกิริยาโฟโตคาทาลิสติกไม่ต้องใช้สารเคมีเพิ่มเติม และไม่ก่อให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ เช่น กากตะกอนหรือของเสีย ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่เป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งสอดคล้องกับความต้องการของการบำบัดอุตสาหกรรมที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรต่อโลก.

  • ประสิทธิภาพที่เสถียรและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้.

วัสดุนาโนสังกะสีออกไซด์ที่ผ่านการดัดแปลงและปรับปรุงแล้วมีความทนทานต่อการย่อยสลายด้วยแสงสูง และไม่เสื่อมสภาพง่ายเมื่อถูกแสง แม้จะผ่านการใช้งานหลายรอบก็ยังคงมีประสิทธิภาพการย่อยสลายโฟโตคาทาลิสติกสูง ช่วยลดต้นทุนการใช้จ่ายและค่าดำเนินงานในการบำบัดน้ำเสียจากการย้อมสีผ้าได้อย่างมาก.

  • มีขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวางและให้ผลลัพธ์การบำบัดที่ครอบคลุม.

สามารถย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายยากในน้ำเสียจากการย้อมสีผ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น สีย้อมแดงปฏิกิริยา สีย้อมน้ำเงินปฏิกิริยา สีย้อมชนิดกระจายตัว สารพิมพ์ และสารลดแรงตึงผิว พร้อมกันนั้นยังสามารถบรรลุผลหลายอย่าง เช่น การขจัดสี การลดค่า COD และการกำจัดพิษได้ในคราวเดียวกัน.

หลักการสำคัญในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียจากการย้อมสีผ้าด้วยนาโนสังกะสีออกไซด์คือปฏิกิริยา redox ของพาหะที่ถูกกระตุ้นด้วยแสง กระบวนการทั้งหมดมีประสิทธิภาพสูง สมบูรณ์ และปราศจากมลพิษ เมื่อแสงแดดหรือแสงอัลตราไวโอเลตกระทบพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยานาโนสังกะสีออกไซด์ นาโนสังกะสีออกไซด์จะดูดซับพลังงานแสง ทำให้อิเล็กตรอนในชั้นวาเลนซ์ถูกกระตุ้นและเคลื่อนย้ายไปยังชั้นคอนดักชัน เกิดเป็นคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่มีฤทธิ์สูง โฮลที่เกิดขึ้นสามารถออกซิไดซ์และย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ดูดซับอยู่บนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาได้โดยตรง ในขณะเดียวกัน พวกมันยังทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและโมเลกุลน้ำในสารละลาย อนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นสามารถโจมตีโมเลกุลสีย้อมอะโรมาติกที่เสถียรและโมเลกุลสารเสริมอินทรีย์ในน้ำเสียจากการย้อมสีได้อย่างไม่เลือกปฏิบัติ ทำลายโครงสร้างโครโมฟอร์ที่เชื่อมโยงกันและโครงสร้างอินทรีย์ของสารเหล่านั้นอย่างสมบูรณ์ และค่อยๆ ออกซิไดซ์และย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้กลายเป็น CO₂, H₂O และเกลืออนินทรีย์ที่ไม่เป็นอันตราย ซึ่งช่วยให้เกิดการขจัดสีของน้ำเสียและการย่อยสลายสารอินทรีย์ได้อย่างสมบูรณ์.

ปัจจุบัน เทคโนโลยีโฟโตคาทาลิสติกนาโนสังกะสีออกไซด์ได้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสถานการณ์ต่างๆ เช่น การบำบัดขั้นสูงของน้ำเสียปลายทางจากโรงงานพิมพ์และย้อมผ้า การนำน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการพิมพ์และย้อมผ้า และการบำบัดล่วงหน้าของน้ำเสียอินทรีย์เข้มข้นจากกระบวนการพิมพ์และย้อมผ้า จนกลายเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการยกระดับการปกป้องสิ่งแวดล้อมในอุตสาหกรรมการพิมพ์และย้อมผ้า ในขณะเดียวกัน ด้วยเทคโนโลยีนาโนสังกะสีออกไซด์ที่ผ่านการดัดแปลง (เช่น การเติมโลหะและการปรับเปลี่ยนวัสดุผสม) ช่วงการตอบสนองต่อแสงของนาโนสังกะสีออกไซด์สามารถขยายออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขจัดข้อจำกัดของนาโนสังกะสีออกไซด์บริสุทธิ์แบบดั้งเดิมที่ตอบสนองเฉพาะแสงอัลตราไวโอเลต ทำให้เกิดการเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงภายใต้แสงที่มองเห็นได้ ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราการใช้ประโยชน์ของแสงธรรมชาติอย่างมาก และทำให้เทคโนโลยีนี้เหมาะสมกับการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมขนาดใหญ่.