Le processus d'oxydation avancé (AOP) basé sur la photocatalyse hétérogène (HPC) est une technique écologique permettant de purifier l'eau des polluants organiques et biologiques dans les systèmes environnementaux. Les performances catalytiques globales des photocatalyseurs dépendent généralement de la récupération de la lumière, de la séparation et du transfert des porteurs de charge photogénérés et de la réactivité de la surface.
Il existe de nombreux travaux de recherche tentant d’explorer les avantages du HPC pour le traitement de l’eau, mais leur mise en œuvre pratique est limitée pour diverses raisons. Ceux-ci incluent de faibles rendements, des conceptions de photoréacteurs complexes, des coûts d'exploitation et de synthèse élevés, un empoisonnement des photocatalyseurs et une recombinaison rapide électron-trou.
Pour surmonter ces problèmes, une collaboration entre des universitaires et des partenaires industriels a évalué un système dans lequel un matériau photocatalyseur nanoporeux hautement organisé est utilisé en synergie avec des LED UVA très efficaces, un mince film d'eau et un lavage à l'eau. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Industrial Chemistry &Materials. .
"L'objectif est de disposer enfin d'un réacteur photocatalytique économe en énergie, de conception simple et facile à mettre à l'échelle en fonction de l'application", explique John B Hayden de Waterdrape LLC (inventeur). Même après des décennies de recherche et des milliers de recherches publiées. articles, il existe encore un écart énorme entre les travaux de recherche prometteurs et l'industrialisation de la technologie.
La plupart des réacteurs photocatalytiques utilisent des matériaux nanopoudres qui présentent des limites inhérentes. À l’échelle du laboratoire, il est facile de centrifuger la poudre de nanomatériau après l’oxydation photocatalytique du polluant. Cependant, à grande échelle, où des milliers de litres d'eau doivent être traités, il devient difficile de distribuer autant de photocatalyseur à base de poudre dans l'eau, puis de s'assurer que la totalité est filtrée avant de rejeter l'eau traitée dans l'environnement. .
Ces réacteurs photocatalytiques à base de boues sont généralement inefficaces sur le plan énergétique et sujets à l'encrassement du catalyseur ou à la photo-agrégation. Nous avons utilisé un photocatalyseur immobilisé cultivé directement sur un substrat en titane, éliminant ainsi le besoin d'ultrafiltration et assurant la stabilité mécanique du photocatalyseur.
De minces films d'eau et un lavage à l'eau maintenaient le photoréacteur saturé d'oxygène, réduisant ainsi la recombinaison électron-trou. Le photoréacteur a été testé pour des applications réelles telles que le nettoyage de spas sans produits chimiques.
Une expérience de deux mois a été menée sur un spa très utilisé avec un volume d'eau de 1 200 L sans chlore, brome, ozone, etc. ajoutés. Aucune augmentation du composé organique total (COT) et de la demande chimique en oxygène (DCO) n'a été observée. mesuré, montrant que le réacteur photocatalytique était capable d'oxyder complètement les entités organiques et biologiques entrant dans l'eau.
Pour l’avenir, l’entreprise et les chercheurs espèrent que leurs travaux contribueront davantage au progrès des technologies respectueuses de l’environnement pour les applications de traitement de l’eau. La conception simple et l'évolutivité du photoréacteur, accompagnées de LED UVA hautement stables, économes en énergie et de longue durée, fournissent une technologie prête à atteindre son objectif ultime d'applications industrielles.
L'équipe effectue des recherches sur l'amélioration des performances de la technologie qui s'avère efficace dans diverses conditions d'eau, en se concentrant principalement sur l'interférence ionique dans l'environnement salin. Ils explorent également la possibilité d'utiliser cette technologie de processus d'oxydation avancée (AOP) encore améliorée pour la destruction des PFAS (produits chimiques éternels).
Plus d'informations : Sapanbir S. Thind et al, Un système photocatalytique hautement efficace pour les applications environnementales basé sur TiO2 nanomatériaux, Chimie et matériaux industriels (2023). DOI :10.1039/D3IM00053B
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