Gli inquinanti organici refrattari, inclusi fenoli, composti perfluorurati e antibiotici, sono abbondanti in vari flussi di acque reflue industriali come i settori chimico, farmaceutico, del coke e della tintura, nonché nelle fonti municipali e domestiche. Questi inquinanti rappresentano una minaccia significativa per il benessere ecologico e la salute umana.
L’imperativo di ottenere la completa rimozione dei contaminanti organici dall’acqua e facilitare il riciclaggio dell’acqua è fondamentale per migliorare la qualità ambientale e garantire un progresso economico e sociale sostenibile. Affrontare la rimozione efficiente degli inquinanti organici recalcitranti nell'acqua non è solo un punto focale nella ricerca sul controllo dell'inquinamento chimico ambientale, ma anche una sfida tecnica fondamentale che limita il riutilizzo delle acque reflue industriali.
I processi di ossidazione avanzata (AOP), in particolare gli AOP eterogenei, producono specie di ossigeno fortemente reattive tra cui ·OH, ·O2 - e ·SO4 - per ossidare gli inquinanti organici in condizioni ambientali, sono tecnologie di trattamento delle acque reflue interessanti per i sistemi decentralizzati. Gli AOP spesso necessitano di un eccessivo apporto di energia (luce UV o elettricità) per attivare gli ossidanti solubili (H2 O2 , O3 , persolfati), pertanto sono urgentemente necessari AOP più convenienti.
In virtù della facilità di separazione e utilizzo della luce solare, la fotocatalisi eterogenea sta diventando una strategia AOP sostenibile e promettente per affrontare le questioni ambientali.
I fotocatalizzatori inorganici ampiamente utilizzati mostrano una solida stabilità e attività di mineralizzazione efficienti. Tuttavia, il loro ampio gap di banda, che limita l'intervallo di assorbimento della luce solare, e la bassa capacità di assorbimento degli inquinanti organici compromettono collettivamente l'efficienza complessiva della fotodegradazione degli inquinanti.
Al contrario, i semiconduttori organici rappresentati da g-C3 N4 offrono il vantaggio dell'utilizzo di uno spettro esteso e di un'eccellente capacità di adsorbimento grazie alla loro elevata area superficiale e al sostanziale impilamento π-π. Tuttavia, il loro utilizzo è ostacolato dalla generazione di eccitoni di Frenkel ad alta energia legante in seguito all'eccitazione della luce, impedendo la separazione degli elettroni fotogenerati a lunga vita e l'efficienza delle lacune.
La limitata efficienza di separazione dei portatori riduce significativamente l'attività di fotodegradazione dei fotocatalizzatori organici. Anche la posizione superficiale della banda di valenza di questi fotocatalizzatori limita la loro efficienza di mineralizzazione. Inoltre, rispetto ai metodi consolidati di trattamento delle acque reflue come Fenton o processi simili a Fenton, le tecnologie fotocatalitiche spesso mostrano una bassa capacità di trattamento, risultando nettamente inferiori alle richieste di industrializzazione.
Sulla base delle questioni scientifiche rilevanti nell'ambito del trattamento fotocatalitico delle acque reflue, di recente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Yongfa Zhu dell'Università di Tsinghua, Cina, ha riassunto i progressi nella degradazione degli inquinanti utilizzando fotocatalizzatori organici per promuovere l'implementazione pratica del trattamento fotocatalitico delle acque e fungere da punto di riferimento riferimento per i ricercatori in questo campo.
In primo luogo, hanno sviluppato nuovi sistemi fotocatalitici organici supramolecolari e polimerici per aumentare l'efficienza di utilizzo della luce. Modulando l'effetto della struttura del monomero sulla posizione della banda energetica, hanno ampliato l'ambito di assorbimento alla regione del vicino infrarosso, realizzando la mineralizzazione sotto la luce solare.
In secondo luogo, hanno svelato il ruolo dei dipoli e dell'ordine cristallino nella modulazione del campo elettrico incorporato, consentendo un'efficiente migrazione della carica dalla massa alla superficie, migliorando così in modo significativo la degradazione degli inquinanti e i tassi di mineralizzazione.
Infine, hanno stabilito un nuovo approccio per la mineralizzazione ad alto flusso foto-auto-Fenton degli inquinanti organici per migliorare la capacità di trattamento della fotodegradazione e superare i limiti del metodo Fenton. Il nuovo sistema combina in situ H2 O2 generazione attraverso la reazione redox fotocatalitica con la reazione Fenton in situ in sinergia, che raggiunge una mineralizzazione ad alto flusso sotto luce visibile senza ossidanti aggiuntivi, aumentando così la mineralizzazione degli inquinanti dal 30% a oltre il 90%.
I risultati sono stati pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .
Ulteriori informazioni: Weixu Liu et al, Progressi nel trattamento delle acque reflue tramite fotocatalizzatori organici supramolecolari sottoposti a irradiazione solare, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64530-9
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
