Poluentes orgânicos refratários, incluindo fenóis, compostos perfluorados e antibióticos, são abundantes em vários fluxos de águas residuais industriais, como nos setores químico, farmacêutico, de coque e tingimento, bem como em fontes municipais e domésticas. Esses poluentes representam ameaças significativas ao bem-estar ecológico e à saúde humana.



O imperativo de conseguir a remoção completa dos contaminantes orgânicos da água e facilitar a reciclagem da água é fundamental para melhorar a qualidade ambiental e garantir o progresso económico e social sustentável. Abordar a remoção eficiente de poluentes orgânicos recalcitrantes na água não é apenas um ponto focal na investigação do controlo da poluição química ambiental, mas também um desafio técnico fundamental que restringe a reutilização de águas residuais industriais.

Processos de oxidação avançados (AOPs), especialmente AOPs heterogêneos, produzem espécies de oxigênio fortemente reativas, incluindo ·OH, ·O₂ ^- e ·SO₄ ^- para oxidar poluentes orgânicos em condições ambientais, são tecnologias de tratamento de águas residuais atraentes para sistemas descentralizados. Os AOPs muitas vezes precisam de entrada excessiva de energia (luz UV ou eletricidade) para ativar oxidantes solúveis (H₂ O₂ , O₃ , persulfatos), portanto, POAs mais custo-efetivos são urgentemente necessários.

Em virtude da facilidade de separação e utilização da luz solar, a fotocatálise heterogênea está se tornando uma estratégia de POA sustentável e promissora para abordar questões ambientais.

Fotocatalisadores inorgânicos amplamente utilizados exibem estabilidade robusta e atividades de mineralização eficientes. No entanto, o seu amplo bandgap, que restringe a faixa de absorção da luz solar, e a baixa capacidade de adsorção de poluentes orgânicos prejudicam coletivamente a eficiência geral da fotodegradação dos poluentes.

Em contraste, semicondutores orgânicos representados por g-C₃ N₄ oferecem a vantagem de utilização de espectro estendido e excelente capacidade de adsorção devido à sua alta área superficial e empilhamento π-π substancial. No entanto, a sua utilização é dificultada pela geração de excitons de Frenkel de alta energia de ligação após excitação luminosa, impedindo a separação de elétrons fotogerados de longa vida e a eficiência do buraco.

A limitada eficiência de separação de transportadores reduz significativamente a atividade de fotodegradação de fotocatalisadores orgânicos. As posições rasas da banda de valência desses fotocatalisadores também limitam sua eficiência de mineralização. Além disso, em comparação com métodos estabelecidos de tratamento de águas residuais, como Fenton ou processos semelhantes a Fenton, as tecnologias fotocatalíticas apresentam frequentemente baixa capacidade de tratamento, ficando marcadamente aquém das exigências da industrialização.

Com base nas questões científicas relevantes no tratamento fotocatalítico de águas residuais, recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Yongfa Zhu da Universidade de Tsinghua, China, resumiu seu progresso na degradação de poluentes usando fotocatalisadores orgânicos para impulsionar a implementação prática do tratamento fotocatalítico de água e serviu como um referência para pesquisadores nesta área.

Em primeiro lugar, eles desenvolveram novos sistemas fotocatalíticos orgânicos supramoleculares e poliméricos para elevar a eficiência de utilização da luz. Ao modular o efeito da estrutura do monômero na posição da banda de energia, eles expandiram o escopo de absorção para a região do infravermelho próximo, realizando a mineralização sob a luz solar.

Em segundo lugar, eles revelaram o papel dos dipolos e da ordem cristalina na modulação do campo elétrico incorporado, permitindo a migração eficiente de carga do volume para a superfície, aumentando assim significativamente a degradação dos poluentes e as taxas de mineralização.

Finalmente, eles estabeleceram uma nova abordagem para mineralização de alto fluxo foto-auto-Fenton de poluentes orgânicos para melhorar a capacidade de tratamento da fotodegradação e superar as limitações do método Fenton. O novo sistema combina in situ H₂ O₂ geração através de reação redox fotocatalítica com reação de Fenton in situ sinergicamente, que atinge mineralização de alto fluxo sob luz visível sem oxidantes adicionais, elevando assim a mineralização de poluentes de 30% para mais de 90%.

Os resultados foram publicados no Chinese Journal of Catalysis .

Mais informações: Weixu Liu et al, Progresso no tratamento de águas residuais via fotocatalisadores supramoleculares orgânicos sob irradiação solar, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64530-9
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências