Los contaminantes orgánicos refractarios, incluidos fenoles, compuestos perfluorados y antibióticos, abundan en diversas corrientes de aguas residuales industriales, como los sectores químico, farmacéutico, de coque y de teñido, así como en fuentes municipales y domésticas. Estos contaminantes plantean amenazas importantes para el bienestar ecológico y la salud humana.
El imperativo de lograr la eliminación completa de los contaminantes orgánicos del agua y facilitar el reciclaje del agua es primordial para mejorar la calidad ambiental y garantizar el progreso económico y social sostenible. Abordar la eliminación eficiente de contaminantes orgánicos recalcitrantes en el agua no es solo un punto focal en la investigación sobre el control de la contaminación química ambiental, sino también un desafío técnico fundamental que limita la reutilización de aguas residuales industriales.
Los procesos de oxidación avanzados (POA), especialmente los POA heterogéneos, producen especies de oxígeno fuertemente reactivas que incluyen ·OH, ·O2 - y ·SO4 - para oxidar contaminantes orgánicos en condiciones ambientales, son tecnologías de tratamiento de aguas residuales atractivas para sistemas descentralizados. Los AOP a menudo necesitan un aporte excesivo de energía (luz ultravioleta o electricidad) para activar oxidantes solubles (H2 O2 , O3 , persulfatos), por lo que se necesitan con urgencia POA más rentables.
En virtud de la facilidad de separación y utilización de la luz solar, la fotocatálisis heterogénea se está convirtiendo en una estrategia AOP sostenible y prometedora para abordar problemas ambientales.
Los fotocatalizadores inorgánicos ampliamente utilizados exhiben una sólida estabilidad y actividades de mineralización eficientes. Sin embargo, su amplia banda prohibida, que restringe el rango de absorción de la luz solar, y su baja capacidad de adsorción de contaminantes orgánicos perjudican colectivamente la eficiencia general de la fotodegradación de los contaminantes.
Por el contrario, los semiconductores orgánicos representados por g-C3 N4 ofrecen la ventaja de una utilización de espectro extendido y una excelente capacidad de adsorción debido a su alta superficie y su sustancial apilamiento π-π. Sin embargo, su utilización se ve obstaculizada por la generación de excitones de Frenkel de alta energía de unión tras la excitación de la luz, lo que impide la separación de electrones fotogenerados de larga vida y la eficiencia de los huecos.
La limitada eficiencia de separación de portadores reduce significativamente la actividad de fotodegradación de los fotocatalizadores orgánicos. Las posiciones poco profundas de las bandas de valencia de estos fotocatalizadores también limitan su eficiencia de mineralización. Además, en comparación con los métodos establecidos de tratamiento de aguas residuales como Fenton o procesos similares a Fenton, las tecnologías fotocatalíticas a menudo presentan una baja capacidad de tratamiento, quedando muy por debajo de las demandas de la industrialización.
Con base en las cuestiones científicas relevantes dentro del tratamiento fotocatalítico de aguas residuales, recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Yongfa Zhu de la Universidad Tsinghua, China, resumió su progreso en la degradación de contaminantes utilizando fotocatalizadores orgánicos para impulsar la implementación práctica del tratamiento fotocatalítico de agua y sirvió como base. referencia para los investigadores en este campo.
En primer lugar, desarrollaron nuevos sistemas fotocatalíticos orgánicos poliméricos y supramoleculares para elevar la eficiencia de utilización de la luz. Al modular el efecto de la estructura del monómero en la posición de la banda de energía, ampliaron el alcance de la absorción a la región del infrarrojo cercano, logrando la mineralización bajo la luz solar.
En segundo lugar, revelaron el papel de los dipolos y el orden cristalino en la modulación del campo eléctrico incorporado, lo que permite una migración eficiente de la carga desde la masa a la superficie, mejorando así significativamente las tasas de degradación y mineralización de los contaminantes.
Finalmente, establecieron un enfoque novedoso para la mineralización foto-auto-Fenton de alto flujo de contaminantes orgánicos para mejorar la capacidad de tratamiento de fotodegradación y superar las limitaciones del método Fenton. El nuevo sistema combina H2 in situ O2 generación mediante reacción redox fotocatalítica con reacción de Fenton in situ de forma sinérgica, que logra una mineralización de alto flujo bajo luz visible sin oxidantes adicionales, elevando así la mineralización de contaminantes del 30% a más del 90%.
Los resultados fueron publicados en el Chinese Journal of Catalysis. .
Más información: Weixu Liu et al, Progreso en el tratamiento de aguas residuales mediante fotocatalizadores orgánicos supramoleculares bajo irradiación solar, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64530-9
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
