Tecnologia fotocatalitica migliorata con array di nanotubi di TiO2 e nanobolle

Aug 29, 2023

16 maggio 2023

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di Beijing Zhongke Journal Publising Co. Ltd.

Con il rapido sviluppo dell’urbanizzazione e dell’industrializzazione, i problemi ambientali sono diventati sempre più gravi. Le acque reflue dei coloranti sono considerate una delle maggiori sfide a causa della loro elevata tossicità. I coloranti organici hanno proprietà mutagene, teratogene e cancerogene e minacciano la salute e la vita degli esseri umani ostacolando la fotosintesi delle piante, il che comporta rischi per l’ecosistema. I metodi tradizionali di trattamento degli inquinanti organici comprendono il metodo fisico, il metodo biologico e il metodo chimico.

Questi metodi presentano inconvenienti tra cui scarsa efficienza, elevato consumo energetico e trattamento incompleto, quindi è necessario sviluppare nuovi metodi di trattamento delle acque reflue. Nel 1972, Fujishima eseguì il lavoro pionieristico della decomposizione fotocatalitica dell'acqua per produrre idrogeno utilizzando TiO2 come fotocatalizzatore. Successivamente, è stata sviluppata la tecnologia fotocatalitica per il trattamento delle acque reflue grazie ai suoi vantaggi di capacità di mineralizzazione superiore, velocità di reazione rapida e assenza di inquinamento secondario.

Il TiO2 è un materiale fotocatalitico comune a causa della sua elevata attività catalitica, atossicità, eccellente stabilità chimica e basso costo. Per applicare la tecnologia fotocatalitica del TiO2, è essenziale progettare un reattore fotocatalitico con una struttura semplice, un assemblaggio conveniente e prestazioni di trattamento eccezionali.

Negli ultimi anni, la tecnologia fotocatalitica è stata abbinata a vari processi di ossidazione avanzata (AOP) per migliorare le prestazioni fotocatalitiche. È stato segnalato che la tecnologia fotocatalitica basata su TiO2 abbinata agli AOP classici come l'ossidazione di Fenton, l'ossidazione del plasma e l'ossidazione dell'ozono migliora il trattamento degli inquinanti organici.

Le nanobolle (NB) sono bolle di gas estremamente piccole con proprietà fisiche uniche, che le rendono un metodo di aerazione superiore per molte applicazioni. Le nanobolle sono state ampiamente utilizzate nel trattamento delle acque reflue grazie al loro lungo tempo di residenza, all’ampia superficie specifica e alla capacità di generare radicali liberi. I ricercatori hanno progettato un reattore fotocatalitico UV/NBs/P25-TiO2 per degradare l'arancio metilico in acqua. I risultati hanno mostrato che le prestazioni fotocatalitiche dell’accoppiamento del TiO2 con le nanobolle sono migliorate dell’11,6% rispetto a quelle senza bolle.

Tuttavia, il fotocatalizzatore TiO2 deve essere nuovamente separato e recuperato dopo la degradazione fotocatalitica, il che è stato sfavorevole alla progettazione del reattore fotocatalitico. Pertanto, per l'assemblaggio del reattore fotocatalitico era necessario il fotocatalizzatore fisso.

È stato assemblato un reattore fotocatalitico utilizzando una rete di Ti rivestita con una matrice di nanotubi di TiO2 per degradare gli inquinanti organici. L'accoppiamento del reattore con la tecnologia delle nanobolle ha mostrato un'eccezionale capacità di degradazione fotocatalitica, con un'efficienza di degradazione della rodamina B (RhB) del 95,39% dopo il trattamento di irradiazione. Gli altri inquinanti organici, tra cui il blu di metilene, la tetraciclina e l'ossitetraciclina cloridrato, erano tutti fotodegradabili utilizzando questo reattore fotocatalitico, con efficienze di degradazione rispettivamente del 74,23%, 68,68% e 64,10%. Pertanto, questo lavoro fornisce una strategia per sviluppare una tecnologia di accoppiamento di fotocatalisi e nanobolle per trattare le acque reflue.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Advanced Sensor and Energy Materials.

Maggiori informazioni: Zesen Lin et al, Degradazione della rodamina B nel reattore fotocatalitico contenente array di nanotubi di TiO2 accoppiati con nanobolle, Advanced Sensor and Energy Materials (2023). DOI: 10.1016/j.asems.2023.100054