Les polluants organiques réfractaires, notamment les phénols, les composés perfluorés et les antibiotiques, sont abondants dans divers flux d'eaux usées industrielles tels que les secteurs chimique, pharmaceutique, de cokéfaction et de teinture, ainsi que dans les sources municipales et domestiques. Ces polluants constituent des menaces importantes pour le bien-être écologique et la santé humaine.
L’impératif d’éliminer complètement les contaminants organiques de l’eau et de faciliter le recyclage de l’eau est primordial pour améliorer la qualité de l’environnement et garantir un progrès économique et social durable. L'élimination efficace des polluants organiques récalcitrants dans l'eau n'est pas seulement un point central de la recherche sur le contrôle de la pollution chimique de l'environnement, mais également un défi technique crucial limitant la réutilisation des eaux usées industrielles.
Les processus d'oxydation avancés (AOP), en particulier les AOP hétérogènes, produisent des espèces d'oxygène fortement réactives, notamment ·OH, ·O2 - , et ·SO4 - pour oxyder les polluants organiques dans des conditions ambiantes, sont des technologies de traitement des eaux usées attrayantes pour les systèmes décentralisés. Les AOP nécessitent souvent un apport énergétique excessif (lumière UV ou électricité) pour activer les oxydants solubles (H2 O2 , O3 , persulfates), des AOP plus rentables sont donc nécessaires de toute urgence.
Grâce à la facilité de séparation et d'utilisation de la lumière solaire, la photocatalyse hétérogène devient une stratégie AOP durable et prometteuse pour résoudre les problèmes environnementaux.
Les photocatalyseurs inorganiques largement utilisés présentent une stabilité robuste et des activités de minéralisation efficaces. Cependant, leur large bande interdite, qui restreint la plage d'absorption de la lumière solaire, et leur faible capacité d'adsorption des polluants organiques nuisent collectivement à l'efficacité globale de la photodégradation des polluants.
En revanche, les semi-conducteurs organiques représentés par g-C3 N4 offrent l'avantage d'une utilisation à spectre étendu et d'une excellente capacité d'adsorption en raison de leur surface spécifique élevée et de leur empilement π-π important. Néanmoins, leur utilisation est entravée par la génération d'excitons de Frenkel à haute énergie de liaison lors de l'excitation lumineuse, empêchant la séparation des électrons photogénérés à longue durée de vie et l'efficacité des trous.
L'efficacité limitée de séparation des porteurs réduit considérablement l'activité de photodégradation des photocatalyseurs organiques. Les positions peu profondes des bandes de valence de ces photocatalyseurs limitent également leur efficacité de minéralisation. De plus, par rapport aux méthodes établies de traitement des eaux usées telles que Fenton ou les procédés de type Fenton, les technologies photocatalytiques présentent souvent une faible capacité de traitement, nettement en deçà des exigences de l'industrialisation.
Sur la base des questions scientifiques pertinentes liées au traitement photocatalytique des eaux usées, une équipe de recherche dirigée par le professeur Yongfa Zhu de l'Université Tsinghua, en Chine, a récemment résumé leurs progrès dans la dégradation des polluants à l'aide de photocatalyseurs organiques pour propulser la mise en œuvre pratique du traitement photocatalytique de l'eau et a servi de modèle. référence pour les chercheurs dans ce domaine.
Premièrement, ils ont développé de nouveaux systèmes photocatalytiques organiques supramoléculaires et polymères pour améliorer l’efficacité de l’utilisation de la lumière. En modulant l'effet de la structure du monomère sur la position de la bande d'énergie, ils ont étendu le champ d'absorption à la région proche infrarouge, réalisant ainsi une minéralisation sous la lumière solaire.
Deuxièmement, ils ont dévoilé le rôle des dipôles et de l'ordre cristallin dans la modulation du champ électrique intégré, permettant une migration efficace des charges de la masse vers la surface, améliorant ainsi considérablement les taux de dégradation et de minéralisation des polluants.
Enfin, ils ont établi une nouvelle approche pour la minéralisation à haut flux photo-auto-Fenton de polluants organiques afin d'améliorer la capacité de traitement de la photodégradation et de surmonter les limites de la méthode Fenton. Le nouveau système combine in situ H2 O2 génération par réaction redox photocatalytique avec réaction de Fenton in situ en synergie, qui permet d'obtenir une minéralisation à haut flux sous la lumière visible sans oxydants supplémentaires, élevant ainsi la minéralisation des polluants de 30 % à plus de 90 %.
Les résultats ont été publiés dans le Chinese Journal of Catalysis. .
Plus d'informations : Weixu Liu et al, Progrès dans le traitement des eaux usées via des photocatalyseurs supramoléculaires organiques sous irradiation solaire, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64530-9
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
