09/05/2016 - Nouveaux matériaux de purification de l'eau utilisant le rayonnement solaire

Menéame

La pollution croissante des eaux par les composés chimiques anthropiques est un problème de grande ampleur en raison de son impact sur l'environnement et la qualité de l'eau, qui est essentielle à la vie et à l'activité économique. L'Union européenne compte plus de pays que d'autres 100 000 produits chimiques enregistrés, dont le contrôle et l'identification sont régis par diverses directives.

Afin d'éviter l'accumulation non désirée de polluants dans les systèmes aquatiques, de gros efforts sont déployés pour développer nouvelles technologies permettant leur élimination d'une manière efficace sur le plan économique.

Parmi les plus étudiées, on peut citer les Processus d'oxydation avancée, dont la photocatalyse.

Photocatalyse

La photocatalyse est particulièrement importante car elle permet d'éliminer les polluants par des réactions oxydatives, en utilisant le rayonnement solaire. Le processus consiste en une réaction photochimique qui convertit l'énergie solaire en énergie chimique à la surface d'un catalyseur. Le catalyseur doit être un matériau semi-conducteurs capable d'être activé par la lumière du soleil.

Le groupe de recherche de la "Section du génie chimique" de Université autonome de Madrid (UAM) travaille actuellement à la mise au point de nouveaux matériaux capables d'utiliser la lumière du soleil pour induire l'oxydation et l'élimination des polluants présents dans l'eau.

Récemment, ils ont produit des matériaux à base d'hétérostructures, en combinant un semis (Ce-TiO2) et une argile commerciale. L'utilisation d'argiles a une valeur ajoutée dans cette recherche, car il s'agit d'un matériau économique et durable.

Le mandrin est responsable de la réaction photochimique, tandis que l'argile apporte la surface appropriée pour la création d'un bon catalyseur.

Cette équipe de recherche, dirigée par Carolina Belver, a réussi à combiner les deux composantes, en utilisant une méthode de synthèse simple appelée sol-gel. Cette méthodologie permet la préparation de Ce-TiO2 sous forme de nanoparticules, tout en étant ancrées sur la surface de l'argile.

Les chercheurs ont utilisé diverses techniques, la plupart disponibles dans l'UAM, pour connaître les propriétés de ces matériaux. Ils ont ainsi pu optimiser le processus de synthèse en obtenant des catalyseurs capables de s'activer par le rayonnement solaire.

Pour étudier le fonctionnement de ces matériaux comme catalyseurs de purification de l'eau, les chercheurs ont conçu et mis au point un réacteur photocatalytique équipé d'un simulateur solaire (SUNTEST), qui permet de travailler avec le rayonnement solaire en laboratoire, quelles que soient les conditions météorologiques actuelles.

L'équipement de réaction est complété par diverses techniques d'analyse (chromatographie liquide, ionique, etc.), de sorte que les chercheurs ont pu étudier le comportement photocatalytique des matériaux dans la dégradation de divers polluants.

" En utilisant cet équipement et les matériaux conçus, nous avons atteint des taux élevés de dégradation de divers polluants (colorant et phénol), en regardant comment le temps pour leur dégradation dépend à la fois du semis et de l'argile utilisée," explique Carolina Belver, coauteur du travail.

"L'importance de ce travail est trouvée dans la méthode de synthèse utilisée, dans l'utilisation d'argiles comme matériau de départ et, bien sûr, dans l'utilisation de rayonnement solaire pour induire l'oxydation des polluants dans l'eau," ajoute Belver.

Une méthodologie avec d'excellentes perspectives d'avenir

La méthodologie de synthèse proposée offre d'excellentes perspectives d'avenir pour la préparation de nouveaux photocatalyseurs. Les chercheurs continuent de travailler à la conception de nouveaux catalyseurs, mais ils se concentrent désormais sur l'élimination des "polluants émergents."

Cette question a pris une grande importance au cours des dernières années en raison de la diversité des "polluants émergents" existants (protéases, pesticides, drogues de toxicomanie, produits d'hygiène personnelle, etc.) et de leur difficile contrôle, en raison de leur origine variable, ce qui entraîne un impact environnemental élevé.

Cette recherche a été menée par des chercheurs de l'Université autonome de Madrid (UAM), grâce à l'appui financier du Ministère de l'économie et de la compétitivité (MINECO) (projet CTQ2013-41963-R).

Référence bibliographique:

C. Belver, J. Bedia, M. A. Alvarez & J. J. Rodriguez. Solar photocatalytic purification of water with Ce-doped TiO2/clay heterostructures. Catalysis Today. Doi: 10.1016/j.cathod.2015.09.025

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UAM

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