Les nanoparticules permettent une décomposition rentable de l’eau polluée

La détérioration photocatalytique d’un colorant azoïque de tissu commun utilisant des nanoparticules a été examinée dans une étude récente publiée dans la revue Les matériaux aujourd’hui : comptes rendus.

Les nanoparticules permettent une décomposition rentable de l'eau polluée

Étude : Amélioration de l’activité photocatalytique des nanoparticules de dioxyde de titane par dopage et calcination pour le traitement des eaux usées textiles sous lumière visible. Crédit d’image : Natalie Ime/Shutterstock.com

Ici, TiOdeux des nanoparticules (NPs) chargées de nitrate de zinc ont été synthétisées par le procédé sol-gel et calcinées à des températures élevées, entraînant le développement de phases hétérogènes et une photocatalyse accrue par les NPs sous lumière visible.

Procédés d’oxydation avancés pour le traitement des effluents contenant des colorants

Plusieurs pays émergents dépendent fortement de l’industrie textile pour alimenter leur croissance économique.

Pour répondre aux exigences de couleur, des colorants réactifs et azoïques qui peuvent facilement se dissoudre dans l’eau sont utilisés. En conséquence, environ 10 à 20 % des pigments utilisés sont rejetés dans les sources d’eau en tant que polluants.

Les colorants textiles détériorent les masses d’eau en augmentant les besoins biologiques et chimiques en oxygène, en entravant la photosynthèse, en inhibant la croissance des plantes et en s’infiltrant dans la chaîne alimentaire. La pollution peut également provoquer un comportement récalcitrant et une bioaccumulation, et éventuellement conduire à des niveaux hautement toxiques, cancérigènes et mutagènes.

Afin de minimiser les impacts nocifs sur l’écosystème, la santé humaine et animale et les réserves d’eau douce, les effluents porteurs de colorants doivent être traités de manière adéquate en utilisant une technologie respectueuse de l’environnement.

Les procédés d’oxydation avancés (AOP) se sont avérés être parmi les moyens les plus efficaces pour le traitement des effluents porteurs de colorants.

La photocatalyse hétérogénéisée est un AOP très intéressant pour le traitement des colorants ainsi que d’autres substances organiques en raison de leurs qualités respectueuses de l’environnement et de leurs exigences minimales en matière de puissance et d’ingrédients bruts.

Pourquoi utiliser du dioxyde de titane ?

Dioxyde de titane (TiOdeux) est la substance semi-conductrice préférée pour la purification de composés organiques par photocatalyse en raison de sa stabilité chimique, de ses propriétés peu coûteuses, de sa nature non toxique et de ses capacités photocatalytiques exceptionnelles.

L’oncledeux Les NP ne sont fonctionnelles que lorsqu’elles sont soumises à une irradiation ultraviolette car elles sont incapables d’absorber la lumière avec des longueurs d’onde supérieures à 398 nm.

Les lampes UV disponibles dans le commerce, en revanche, sont chères et nécessitent beaucoup de puissance pour fonctionner régulièrement.

Des matériaux photocatalytiques à absorption élevée du spectre visible doivent être produits pour utiliser au mieux la ressource abondante que sont la lumière du soleil ou l’irradiation provenant de sources artificielles dans la photocatalyse.

Choisir le dopant approprié pour le dioxyde de titane

Pour obtenir une absorption du spectre visible, la charge en métal de transition du dioxyde de titane a été étudiée. En exposant TiOdeux au peroxyde d’hydrogène ou aux agents chélateurs, seule une poignée des processus de photocatalyse progresseraient dans des conditions de lumière visible.

Photo-absorption de TiO dopé à l’azotedeux se produit à des longueurs d’onde de 400 nm ou plus. TiO chargé de soufredeux Le complexe présentait une absorbance complète sous irradiation à la lumière visible et une forte action pour décomposer les mélanges en phase aqueuse de bleu de méthylène sous irradiation à la lumière visible à des longueurs d’onde de 440 nm ou plus.

Le TiO chargé d’azotedeux a démontré une activité photocatalytique supérieure dans la lumière du soleil simulée, avec une réduction de 100 % de la fluméquine, un contaminant courant de l’eau, en quatre heures d’irradiation.

L’oncledeux chargé d’azote a également montré une activité de photocatalyse pour la dégradation du 2-propanol dans un mélange aqueux sous irradiation à la lumière visible. Dans le domaine de la lumière visible, l’absorption était plus importante.

Dans cette étude, le colorant rouge de méthyle a été décomposé en utilisant du TiO photocatalytiquedeux Des NP dopées au nitrate de zinc en lumière visible et des investigations cinétiques ont été réalisées.

Le photocatalyseur choisi pour la détérioration du colorant azoïque a été calciné à 800 ° C, ce qui a entraîné le développement de phases mélangées de TiOdeux dans les nanoparticules photocatalytiques. L’influence des phases mixtes sur la photodétérioration a été étudiée.

Conclusions importantes de l’étude

Les chercheurs ont évalué la décomposition de l’effluent du tissu modèle transportant le colorant azoïque rouge de méthyle à l’aide de TiOdeux NPs conçues pour stimuler la photocatalyse de la lumière visible.

Il a été découvert que le changement de phase anatase en phase rutile dans TiOdeux se produit à des températures élevées et que la température de calcination influence la photocatalyse.

Des combinaisons de phases anatase et rutile peuvent également améliorer l’activité photocatalytique. L’analyse a corroboré ces résultats et il a été découvert qu’un pic de dégradation de 85 % a été atteint pour 0,2 g de photocatalyseur en trois heures.

Il a été déterminé que le photocatalyseur développé est réutilisable et conserve sa fonction photocatalytique. Selon l’investigation cinétique, la dégénérescence a suivi une cinétique de pseudo second ordre.

Les résultats révèlent que Zn(NO3)deux dopé TiOdeux peut décomposer efficacement le colorant azoïque sous irradiation à la lumière visible, ce qui le rend rentable grâce à l’utilisation de la lumière visible.

Référence

Rao, P.A., & Satyanarayana, S. (2022). Amélioration de l’activité photocatalytique des nanoparticules de dioxyde de titane par dopage et calcination pour le traitement des eaux usées textiles sous lumière visible. Les matériaux aujourd’hui : comptes rendus. Disponible sur : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785322008306?via%3Dihub.

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