Technologie photocatalytique améliorée avec des réseaux de nanotubes TiO2 et des nanobulles

Aug 29, 2023

16 mai 2023

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

faits vérifiés

relire

par Beijing Zhongke Journal Publishing Co. Ltd.

Avec le développement rapide de l’urbanisation et de l’industrialisation, les problèmes environnementaux sont devenus de plus en plus graves. Les eaux usées des colorants sont considérées comme l’un des plus grands défis en raison de leur haute toxicité. Les colorants organiques ont des propriétés mutagènes, tératogènes et cancérigènes et menacent la santé et la vie des humains tout en entravant la photosynthèse des plantes, ce qui entraîne des risques pour l'écosystème. Les méthodes traditionnelles de traitement des polluants organiques comprennent la méthode physique, la méthode biologique et la méthode chimique.

Ces méthodes présentent des inconvénients, notamment une faible efficacité, une consommation d’énergie élevée et un traitement incomplet. Il est donc nécessaire de développer de nouvelles méthodes de traitement des eaux usées. En 1972, Fujishima a réalisé un travail pionnier de décomposition photocatalytique de l’eau pour produire de l’hydrogène en utilisant du TiO2 comme photocatalyseur. Après cela, la technologie photocatalytique a été développée pour le traitement des eaux usées en raison de ses avantages de capacité de minéralisation supérieure, de vitesse de réaction rapide et d’absence de pollution secondaire.

Le TiO2 est un matériau photocatalytique courant en raison de sa forte activité catalytique, de sa non-toxicité, de son excellente stabilité chimique et de son faible coût. Afin d’appliquer la technologie photocatalytique du TiO2, il est essentiel de concevoir un réacteur photocatalytique doté d’une structure simple, d’un assemblage pratique et de performances de traitement exceptionnelles.

Ces dernières années, la technologie photocatalytique a été couplée à divers procédés d’oxydation avancés (AOP) pour améliorer les performances photocatalytiques. Il a été rapporté que le couplage de la technologie photocatalytique à base de TiO2 avec des AOP classiques tels que l'oxydation de Fenton, l'oxydation par plasma et l'oxydation par l'ozone améliore le traitement des polluants organiques.

Les nanobulles (NB) sont des bulles de gaz extrêmement petites dotées de propriétés physiques uniques, ce qui en fait une méthode d'aération supérieure pour de nombreuses applications. Les nanobulles ont été largement utilisées dans le traitement des eaux usées en raison de leur long temps de séjour, de leur grande surface spécifique et de leur capacité à générer des radicaux libres. Les chercheurs ont conçu un réacteur photocatalytique UV/NBs/P25-TiO2 pour dégrader le méthylorange dans l'eau. Les résultats ont montré que les performances photocatalytiques du couplage TiO2 avec des nanobulles sont améliorées de 11,6 % par rapport à celles sans bulles.

Cependant, le photocatalyseur TiO2 doit être à nouveau séparé et récupéré après la dégradation photocatalytique, ce qui était défavorable à la conception du réacteur photocatalytique. Par conséquent, le photocatalyseur fixe était nécessaire pour assembler le réacteur photocatalytique.

Un réacteur photocatalytique a été assemblé à l’aide d’un treillis Ti recouvert d’un réseau de nanotubes TiO2 pour dégrader les polluants organiques. Le couplage du réacteur avec la technologie des nanobulles a montré une capacité de dégradation photocatalytique exceptionnelle, avec une efficacité de dégradation de la rhodamine B (RhB) de 95,39 % après traitement par irradiation. Les autres polluants organiques, notamment le bleu de méthylène, la tétracycline et le chlorhydrate d'oxytétracycline, étaient tous photodégradables à l'aide de ce réacteur photocatalytique, avec des efficacités de dégradation de 74,23 %, 68,68 % et 64,10 %, respectivement. Par conséquent, ce travail propose une stratégie pour développer une technologie de couplage de photocatalyse et de nanobulles pour traiter les eaux usées.

L'étude est publiée dans la revue Advanced Sensor and Energy Materials.

Plus d'information: Zesen Lin et al, Dégradation de la rhodamine B dans le réacteur photocatalytique contenant des réseaux de nanotubes TiO2 couplés à des nanobulles, Advanced Sensor and Energy Materials (2023). DOI : 10.1016/j.asems.2023.100054