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Tecnologia fotocatalítica aprimorada com matrizes de nanotubos de TiO2 e nanobolhas

Aug 29, 2023Aug 29, 2023

16 de maio de 2023

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por Beijing Zhongke Journal Publishing Co.

Com o rápido desenvolvimento da urbanização e da industrialização, os problemas ambientais tornaram-se cada vez mais graves. As águas residuais de corantes são consideradas um dos maiores desafios devido à sua alta toxicidade. Os corantes orgânicos possuem propriedades mutagênicas, teratogênicas e cancerígenas e ameaçam a saúde e a vida dos seres humanos, ao mesmo tempo que dificultam a fotossíntese das plantas, o que traz riscos ao ecossistema. Os métodos tradicionais de tratamento de poluentes orgânicos incluem o método físico, o método biológico e o método químico.

Esses métodos apresentam desvantagens, incluindo baixa eficiência, alto consumo de energia e tratamento incompleto, por isso é necessário desenvolver novos métodos de tratamento de esgoto. Em 1972, Fujishima realizou o trabalho pioneiro de decomposição fotocatalítica de água para produzir hidrogênio usando TiO2 como fotocatalisador. Depois disso, a tecnologia fotocatalítica foi desenvolvida para tratamento de esgoto devido às suas vantagens de capacidade superior de mineralização, taxa de reação rápida e ausência de poluição secundária.

O TiO2 é um material fotocatalítico comum devido à sua alta atividade catalítica, não toxicidade, excelente estabilidade química e baixo custo. Para aplicar a tecnologia fotocatalítica de TiO2, é essencial projetar um reator fotocatalítico com estrutura simples, montagem conveniente e excelente desempenho de tratamento.

Nos últimos anos, a tecnologia fotocatalítica foi acoplada a vários processos de oxidação avançados (AOPs) para melhorar o desempenho fotocatalítico. Foi relatado que o acoplamento da tecnologia fotocatalítica baseada em TiO2 com AOPs clássicos, como oxidação de Fenton, oxidação de plasma e oxidação de ozônio, melhora o tratamento de poluentes orgânicos.

Nanobolhas (NBs) são bolhas de gás extremamente pequenas com propriedades físicas únicas, o que as torna um método de aeração superior para muitas aplicações. Nanobolhas têm sido amplamente utilizadas no tratamento de águas residuais devido ao seu longo tempo de residência, grande área superficial específica e capacidade de geração de radicais livres. Os pesquisadores projetaram um reator fotocatalítico UV/NBs/P25-TiO2 para degradar o laranja de metila em água. Os resultados mostraram que o desempenho fotocatalítico do acoplamento de TiO2 com nanobolhas é melhorado em 11,6% em comparação com aquele sem bolhas.

Porém, o fotocatalisador TiO2 precisa ser novamente separado e recuperado após a degradação fotocatalítica, o que foi desfavorável ao projeto do reator fotocatalítico. Portanto, o fotocatalisador fixo foi necessário para a montagem do reator fotocatalítico.

Um reator fotocatalítico foi montado usando uma malha de Ti revestida com nanotubos de TiO2 para degradar poluentes orgânicos. O acoplamento do reator com tecnologia de nanobolhas apresentou excelente capacidade de degradação fotocatalítica, com eficiência de degradação da Rodamina B (RhB) de 95,39% após tratamento de irradiação. Os outros poluentes orgânicos, incluindo azul de metileno, tetraciclina e cloridrato de oxitetraciclina, foram todos fotodegradáveis ​​usando este reator fotocatalítico, com eficiências de degradação de 74,23%, 68,68% e 64,10%, respectivamente. Portanto, este trabalho fornece uma estratégia para desenvolver uma tecnologia de acoplamento de fotocatálise e nanobolhas para tratamento de águas residuárias.

O estudo foi publicado na revista Advanced Sensor and Energy Materials.

Mais Informações: Zesen Lin et al, Degradação de rodamina B no reator fotocatalítico contendo matrizes de nanotubos de TiO2 acoplados com nanobolhas, Advanced Sensor and Energy Materials (2023). DOI: 10.1016/j.asems.2023.100054