近日，广东工业大学环境健康与污染控制研究院、环境科学与工程学院安太成教授团队在光催化臭氧灭活生物气溶胶方面取得最新研究进展，研究成果以《Photocatalytic ozonation inactivation of bioaerosols by NiFeOOH nanosheets in situ grown on nickel foam》为题发表在Applied Catalysis B: Environmental (2023, 324, 122273)期刊上。论文的第一作者为博士生王海余，通讯作者为安太成教授。在这项工作中，作者构建了一个由泡沫镍(NF)负载的NiFeOOH纳米片和痕量O3氧化耦合而成的新型光催化臭氧氧化（PCO）体系，并将其成功应用于大气中生物气溶胶的控制方面。该工作探究了泡沫镍(NF)负载的双金属NiFeOOH纳米片/O3复合体系在紫外光驱动下对生物气溶胶的灭活效率及其相关环境影响因素（相对湿度和停留时间）的影响。揭示了光催化功能材料泡沫镍(NF)负载的双金属NiFeOOH纳米片的纳米结构与生物气溶胶灭活效率之间的构效关系，阐明了痕量O3（0.1 ppm）存在情况下对生物气溶胶的作用灭活机制。该研究为有效控制大气生物气溶胶提供了可能的解决方案，同时也为新型空气净化技术的发展拓展了新的研究方向。
论文的网址: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.122273
生物气溶胶的灭活对于预防病原微生物在空气中的传播至关重要。光催化灭活技术虽然对环境友好，但其由于负载的催化剂量比较有限，耗时长且生成的活性氧(ROSs)比较有限，因此无法实现对大气生物气溶胶中的病原微生物的不可逆快速灭活。在这项工作中，我们构建了一个新型的光催化臭氧氧化协同系统，由原位生长在泡沫镍表面的NiFeOOH纳米片(NiFeOOH NSs/NF)的光催化体系和痕量浓度的臭氧(O3)氧化体系耦合而成。该耦合氧化系统可以在8.07秒的超短停留时间内（RH=90%）实现优异的光催化灭活效率（99.99%），同时发现灭活的细菌在经过24小时的培养后并没有发现复活。该耦合体系的高效灭活主要归因于NiFeOOH NSs/NF纳米片对细菌的物理破坏和光生ROSs氧化灭活的协同作用机制。该研究工作可以为生物气溶胶的不可逆快速灭活提供了一种新的解决方案。
图文摘要
英文摘要
Inactivation of bioaerosols is critical to prevent the spread of microbial pathogens in air. Photocatalytic inactivation processes are environmental friendliness, while time-consuming and insufficient reactive oxygen species (ROSs) generation to irreversibly inactivate bacteria in bioaerosols. In this work, a novel photocatalytic ozonation (PCO) system was constructed, consisting of in situ grown NiFeOOH nanosheets on nickel foam (NiFeOOH NSs/NF) and trace concentration of ozone (O3). Specifically, the PCO system exhibited remarkable photocatalytic inactivation efficiency (99.99%) within an ultrashort retention time of 8.07 s (RH = 90%) while no bacteria survived after 24-h cultivation. The irreversible inactivation of bacteria in this PCO system attributes to the synergistic effect of physical destruction by NiFeOOH NSs/NF and oxidative damage by photogenerated ROSs. This research provides a better alternative for efficient inactivation of bioaerosols and opens the door for the application of PCO system in reducing the exposure risk of bioaerosols.
项目资助：本研究得到广东省科技计划-国际科技合作领域项目(2021A0505030070)、广东省本土创新科研团队(2017BT01Z032)和国家自然科学基金(U1901210和41877363)的支持。
