O Processo de Oxidação Avançada (AOP) baseado em fotocatálise heterogênea (HPC) é uma técnica ecologicamente correta para purificar água de poluentes orgânicos e biológicos em sistemas ambientais. O desempenho catalítico geral dos fotocatalisadores geralmente depende da coleta de luz, da separação e transferência do portador de carga fotogerada e da reatividade da superfície.



Existem numerosos trabalhos de investigação que tentam explorar os benefícios da HPC para o tratamento de água, mas a sua implementação prática é restrita por várias razões. Isso inclui baixa eficiência, projetos complicados de fotorreatores, altos custos de operação e síntese, envenenamento de fotocatalisador e rápida recombinação elétron-buraco.

Para superar esses problemas, uma colaboração entre parceiros acadêmicos e industriais avaliou um sistema onde material fotocatalisador nanoporoso altamente organizado é empregado sinergicamente com LEDs UVA altamente eficientes, película fina de água e depuração de água. Seu trabalho foi publicado na revista Industrial Chemistry &Materials .

“O objetivo é finalmente ter um reator fotocatalítico que seja energeticamente eficiente, de design simples e fácil de ampliar com base na aplicação”, explica John B Hayden da Waterdrape LLC (inventor), mesmo depois de décadas de pesquisa e milhares de pesquisas publicadas. artigos, ainda existe uma enorme lacuna entre trabalhos de pesquisa promissores e a industrialização da tecnologia.

A maioria dos reatores fotocatalíticos usa materiais em nanopó que apresentam limitações inerentes. Em escala de laboratório, é fácil centrifugar o pó do nanomaterial após a oxidação fotocatalítica do poluente. No entanto, em grande escala, onde milhares de litros de água precisam ser tratados, torna-se um desafio dispensar tanto fotocatalisador à base de pó na água e depois garantir que tudo seja filtrado antes de descartar a água tratada de volta ao meio ambiente. .

Esses reatores fotocatalíticos baseados em pasta são normalmente ineficientes em termos de energia e propensos à incrustação do catalisador ou à fotoagregação. Empregamos um fotocatalisador imobilizado cultivado diretamente sobre um substrato de titânio, eliminando a necessidade de ultrafiltração e proporcionando estabilidade mecânica ao fotocatalisador.

Filmes finos de água e lavagem com água mantiveram o fotorreator saturado com oxigênio, reduzindo assim a recombinação elétron-buraco. O fotorreator foi testado para aplicações no mundo real, como limpeza de banheiras de hidromassagem sem produtos químicos.

Um experimento de dois meses foi conduzido em uma banheira de hidromassagem muito usada com um volume de água de 1.200 L sem adição de cloro, bromo, ozônio, etc. Nenhum aumento no Composto Orgânico Total (TOC) e na Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi medido, mostrando que o reator fotocatalítico foi capaz de oxidar completamente as entidades orgânicas e biológicas que entram na água.

Olhando para o futuro, a empresa e os investigadores esperam que o seu trabalho ajude ainda mais no avanço de tecnologias amigas do ambiente para aplicações de tratamento de água. O design simples e a escalabilidade do fotorreator, acompanhados por LEDs UVA altamente estáveis, energeticamente eficientes e de longa duração, fornecem uma tecnologia pronta para atingir seu objetivo final de aplicações industriais.

A equipe está realizando pesquisas para melhorar o desempenho da tecnologia que se mostra eficaz em diversas condições de água, focando principalmente na interferência iônica no ambiente salino. Eles também estão explorando a perspectiva de usar esta tecnologia aprimorada de processo de oxidação avançada (AOP) para a destruição de PFAS (produtos químicos para sempre).

Mais informações: Sapanbir S. Thind et al, Um sistema fotocatalítico altamente eficiente para aplicações ambientais baseado em TiO₂ nanomateriais, Química Industrial e Materiais (2023). DOI:10.1039/D3IM00053B
Fornecido por Química Industrial e Materiais