El proceso de oxidación avanzada (AOP) basado en fotocatálisis heterogénea (HPC) es una técnica ecológica para purificar el agua de contaminantes orgánicos y biológicos en sistemas ambientales. El rendimiento catalítico general de los fotocatalizadores generalmente depende de la captación de luz, la separación y transferencia de portadores de carga fotogenerados y la reactividad de la superficie.
Existen numerosos trabajos de investigación que intentan explorar los beneficios del HPC para el tratamiento de agua, pero su implementación práctica está restringida por varias razones. Estos incluyen baja eficiencia, diseños complicados de fotorreactores, altos costos de operación y síntesis, envenenamiento de fotocatalizadores y rápida recombinación de huecos de electrones.
Para superar estos problemas, una colaboración entre socios académicos e industriales ha evaluado un sistema en el que se emplea material fotocatalizador nanoporoso altamente organizado de forma sinérgica con LED UVA altamente eficientes, una fina película de agua y lavado con agua. Su trabajo fue publicado en la revista Industrial Chemistry &Materials. .
"El objetivo es tener finalmente un reactor fotocatalítico que sea energéticamente eficiente, de diseño simple y fácil de ampliar según la aplicación", explica John B. Hayden de Waterdrape LLC (inventor), incluso después de décadas de investigación y miles de investigaciones publicadas. artículos, todavía existe una enorme brecha entre los trabajos de investigación prometedores y la industrialización de la tecnología.
La mayoría de los reactores fotocatalíticos utilizan materiales en nanopolvo que tienen limitaciones inherentes. A escala de laboratorio, es fácil centrifugar el polvo de nanomaterial después de la oxidación fotocatalítica del contaminante. Sin embargo, a gran escala, donde es necesario tratar miles de litros de agua, resulta difícil dispensar esa cantidad de fotocatalizador en polvo en el agua y luego asegurarse de que se filtre todo antes de desechar el agua tratada nuevamente en el medio ambiente. .
Estos reactores fotocatalíticos basados en suspensión suelen ser energéticamente ineficientes y propensos a la contaminación o fotoagregación del catalizador. Empleamos un fotocatalizador inmovilizado cultivado directamente sobre un sustrato de titanio, eliminando la necesidad de ultrafiltración y proporcionando estabilidad mecánica al fotocatalizador.
Las finas películas de agua y el lavado con agua mantuvieron el fotorreactor saturado con oxígeno, reduciendo así la recombinación de huecos de electrones. El fotorreactor fue probado para aplicaciones del mundo real, como la limpieza de jacuzzis sin productos químicos.
Se llevó a cabo un experimento de dos meses de duración en un jacuzzi muy utilizado con un volumen de agua de 1200 litros sin cloro, bromo, ozono, etc. añadidos. No se observó ningún aumento en el compuesto orgánico total (TOC) ni en la demanda química de oxígeno (DQO). medido, mostrando que el reactor fotocatalítico fue capaz de oxidar completamente las entidades orgánicas y biológicas que ingresan al agua.
De cara al futuro, la empresa y los investigadores esperan que su trabajo ayude aún más al avance de tecnologías respetuosas con el medio ambiente para aplicaciones de tratamiento de agua. El diseño simple y la escalabilidad del fotorreactor, acompañados de LED UVA altamente estables, energéticamente eficientes y duraderos, brindan una tecnología lista para lograr su objetivo final de aplicaciones industriales.
El equipo está realizando investigaciones para mejorar el rendimiento de la tecnología que resulta eficaz en diversas condiciones del agua, centrándose principalmente en la interferencia iónica en el ambiente salino. También están explorando la posibilidad de utilizar esta tecnología mejorada de proceso de oxidación avanzada (AOP) para la destrucción de PFAS (sustancias químicas permanentes).
Más información: Sapanbir S. Thind et al, Un sistema fotocatalítico altamente eficiente para aplicaciones ambientales basado en TiO2 nanomateriales, Química y Materiales Industriales (2023). DOI:10.1039/D3IM00053B
Proporcionado por Química y Materiales Industriales
