Il processo di ossidazione avanzata (AOP) basato sulla fotocatalisi eterogenea (HPC) è una tecnica ecologica per purificare l'acqua dagli inquinanti organici e biologici nei sistemi ambientali. Le prestazioni catalitiche complessive dei fotocatalizzatori dipendono solitamente dalla raccolta della luce, dalla separazione e dal trasferimento dei portatori di carica fotogenerati e dalla reattività superficiale.
Esistono numerosi lavori di ricerca che tentano di esplorare i vantaggi dell’HPC per il trattamento delle acque, ma la loro implementazione pratica è limitata per vari motivi. Questi includono basse efficienze, progetti complicati di fotoreattori, costi operativi e di sintesi elevati, avvelenamento del fotocatalizzatore e ricombinazione rapida di elettroni e lacune.
Per superare questi problemi, una collaborazione tra il mondo accademico e partner industriali ha valutato un sistema in cui materiale fotocatalitico nanoporoso altamente organizzato viene impiegato in sinergia con LED UVA altamente efficienti, film d'acqua sottile e lavaggio dell'acqua. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Industrial Chemistry &Materials .
"L'obiettivo è quello di avere finalmente un reattore fotocatalitico che sia efficiente dal punto di vista energetico, semplice nel design e facile da ampliare in base all'applicazione", spiega John B Hayden di Waterdrape LLC (inventore), anche dopo decenni di ricerca e migliaia di ricerche pubblicate articoli, esiste ancora un divario enorme tra il lavoro di ricerca promettente e l'industrializzazione della tecnologia.
La maggior parte dei reattori fotocatalitici utilizza materiali in nanopolvere che presentano limitazioni intrinseche. Su scala di laboratorio, è facile centrifugare la polvere di nanomateriale dopo l’ossidazione fotocatalitica dell’inquinante. Tuttavia, su larga scala, dove è necessario trattare migliaia di litri di acqua, diventa difficile erogare così tanta fotocatalizzatore a base di polvere nell'acqua e quindi assicurarsi che tutto venga filtrato prima di smaltire l'acqua trattata nell'ambiente. .
Questi reattori fotocatalitici basati su impasto liquido sono generalmente inefficienti dal punto di vista energetico e soggetti a incrostazioni o fotoaggregazioni del catalizzatore. Abbiamo utilizzato un fotocatalizzatore immobilizzato cresciuto direttamente su un substrato di titanio, eliminando la necessità di ultrafiltrazione e fornendo stabilità meccanica al fotocatalizzatore.
Sottili pellicole d'acqua e il lavaggio dell'acqua hanno mantenuto il fotoreattore saturo di ossigeno, riducendo così la ricombinazione elettrone-lacuna. Il fotoreattore è stato testato per applicazioni reali, come la pulizia di vasche idromassaggio senza prodotti chimici.
È stato condotto un esperimento di due mesi su una vasca idromassaggio molto utilizzata con un volume d'acqua di 1200 L senza aggiunta di cloro, bromo, ozono, ecc. Non è stato riscontrato alcun aumento dei composti organici totali (TOC) e della domanda chimica di ossigeno (COD). misurato, dimostrando che il reattore fotocatalitico era in grado di ossidare completamente le entità organiche e biologiche che entravano nell'acqua.
Guardando al futuro, l'azienda e i ricercatori sperano che il loro lavoro possa ulteriormente contribuire allo sviluppo di tecnologie rispettose dell'ambiente per le applicazioni di trattamento delle acque. Il design semplice e la scalabilità del fotoreattore, accompagnati da LED UVA altamente stabili, efficienti dal punto di vista energetico e di lunga durata, forniscono una tecnologia pronta a raggiungere il suo obiettivo finale di applicazioni industriali.
Il team sta svolgendo ricerche per migliorare le prestazioni della tecnologia che si rivela efficace in varie condizioni dell'acqua, concentrandosi principalmente sull'interferenza ionica nell'ambiente salino. Stanno anche esplorando la prospettiva di utilizzare questa tecnologia del processo di ossidazione avanzata (AOP) ulteriormente migliorata per la distruzione dei PFAS (sostanze chimiche per sempre).
Ulteriori informazioni: Sapanbir S. Thind et al, Un sistema fotocatalitico altamente efficiente per applicazioni ambientali basato su TiO2 nanomateriali, Chimica industriale e materiali (2023). DOI:10.1039/D3IM00053B
Fornito da Chimica industriale e materiali
