Fotocataliza apelor uzate
Această intrare sau secțiune privind tehnologiile de mediu nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Fotocataliza apelor reziduale este un proces de degradare, în principal de natură oxidativă, realizat de „fotocatalizatori” particulari ai celor mai comuni poluanți și substanțe microbiene din apă. Agentul activator al reacțiilor poate fi lumina soarelui sau lumina artificială.
Principiu
Reacțiile de fotodegradare au loc în prezența unor semiconductori de dimensiuni nano: cei mai obișnuiți fotocatalizatori se bazează pe dioxidul de titan policristalin TiO 2 sub forma cristalină numită anatază . Numeroase semiconductori policristaline au fost realizate din acest compus, cum ar fi: WO 3 , ZnO , Nb 2 O 5 , ZrO2 și un amestec de pulberi din WO 3 / WS 2 .
Caracteristica procesului este menținerea caracteristicilor sale de către dioxidul de titan: procesul de fotocataliză are loc fără ca suportul să fie degradat și o eficacitate continuă și constantă este garantată în timp. De fapt, molecula TiO 2 participă ca fotocatalizator și nu direct la procesele de transformare chimică.
Mecanism
Din punctul de vedere al dinamicii procesului, acesta începe atunci când radiația luminoasă , cu lungime de undă adecvată, investește semiconductorul și permite crearea unei perechi gaură-electron . Acesta din urmă poate, în anumite circumstanțe, să interacționeze provocând oxidarea și reducerea speciilor chimice adsorbite pe suprafața suportului și a potențialului redox adecvat.
Procesul chimic care stă la baza acestuia este de fapt o oxidare care începe grație acțiunii combinate a luminii (solară sau artificială) și a aerului sau a apei. Cele două elemente, în contact cu acoperirea de suprafață, favorizează de fapt activarea reacției și descompunerea consecventă a substanțelor organice și anorganice [1] (asemănătoare cu toate praful fin - PM10), microbi, oxizi de azot , benzen , dioxid de sulf , monoxid de carbon , formaldehidă , metanol , etanol etc. Substanțele poluante și toxice, așa cum se arată în figura de mai jos, sunt transformate, prin procesul de fotocataliză, în nitrați de sodiu inofensivi (NaNO 3 ), nitrați de calciu (Ca (NO 3 ) 2 ) și calcar (CaCO 3 ) și măsurabili în ppb ( părți pe miliard ).
Produsele de degradare a poluanților organici și anorganici nu mai constituie daune pentru mediu, deoarece sunt, în cele din urmă, săruri solubile, cum ar fi carbonații și nitrații, care se depun pe suprafețele unde au avut loc reacțiile descrise mai sus. Aceste săruri sunt ușor de îndepărtat: în cazul aplicării pe suprafețele drumului, sunt ușor și fără consecințe pentru mediu eliminate de vânt și ploaie.
Aplicații
Numeroase grupuri de cercetare, la nivel mondial, sunt implicate în studiul cineticii de fotodegradare a compușilor organici și anorganici într-un mediu gazos sau în soluție. Au fost examinați fenoli , nitrofenoli, aniline, cianuri libere și complexate, pesticide, medicamente și diferiți COV . Rata de foto-oxidare a substraturilor organice este studiată prin variația unor parametri experimentali precum: concentrația inițială a substratului; concentrația catalizatorului; pH-ul inițial; puterea de iradiere; concentrația de oxigen prezentă. Ecuațiile de viteză, căile de reacție și modelele cinetice determinate de date experimentale pot fi utilizate pentru a prezice fezabilitatea unui proces.
Cercetătorii japonezi de la Departamentul de Chimie Aplicată al Universității din Tokyo au dezvoltat recent un reactor pilot pentru degradarea surfactanților neionici - cum ar fi, de exemplu. polioxietilenă - pe baza reacției fotocatalitice generate de nanoparticulele de TiO 2 activate de lumina UV. Reacția, direct proporțională cu suprafața de titan implicată în reacție, a arătat cum concentrațiile mari de surfactanți prezenți în apă pot fi fotocatalizați și prin iradiere la fracția normală de UV prezentă în spectrul solar.
Numeroase aplicații se referă la evaluarea cineticii reducerii compușilor organici volatili în aer și / sau în mediile învecinate; Cercetătorii francezi au publicat date, în 2006, cu privire la fotocataliza în reactoarele care conțin oxizi metalici activați de un spectru radiant în domeniul UV până la unele lungimi de undă vizibile. Cinetica reducerii diferitelor COV, cum ar fi tricloretilena , metanolul și benzenul, demonstrează niveluri de reducere a compușilor variind de la 60 la 95% din concentrațiile inițiale.
Capacitățile largi de dezinfecție a apelor uzate care utilizează procese fotocatalitice au fost demonstrate pe larg: iradierea de 30 de minute a apei care conține concentrații mari de coliforme a condus, în prezența suprafețelor fotocatalitice de TiO 2 , la inactivarea completă a tulpinilor microbiene.
O altă aplicație importantă este așa-numita „fotocataliză urbană”: există pe piață ingrediente active speciale care trebuie aplicate materialelor cimentare care permit reducerea diferiților poluanți atmosferici, inclusiv praf fin, substanțe aromatice policondensante, oxizi de azot, oxizi de carbon și sulf oxid. Procesul este similar cu ceea ce se întâmplă în natură în fotosinteza clorofilei și, așa cum se întâmplă în natură, chiar și cimentul tratat cu aceste ingrediente active are nevoie de lumina soarelui pentru a activa și a efectua ceea ce s-a numit „fotocataliza urbană”. Lumina activează dioxidul de titan conținut în ciment, iar titanul interacționează cu oxigenul prezent în atmosferă și oxidează poluanții care intră în contact cu suprafața.
Cercetările efectuate au arătat că, datorită măsurilor de precauție adecvate în producția de semiconductori nanocristalini, activitatea fotocatalitică este posibilă și în interiorele tratate cu materiale cimentate fotovoltaice, în care există o lumină solară difuză sau artificială.
Notă
- ^ Eliminarea contaminanților emergenți în apele uzate prin sonoliză, fotocataliză și ozonare , în Global NEST Journal , vol. 21, n. 2, 3 decembrie 2018, pp. 98-105, DOI : 10.30955 / gnj.002625 . Adus pe 2 aprilie 2020 .
Bibliografie
- Acest text provine parțial sau integral din descrierea relativă a site-ului novambiente.it disponibilă sub licența Creative Commons CC-BY-3.0
