Floating Solar-Driven Photocatalysts for the Removal of Contaminants of Emerging Concern

La présence de contaminants émergents (CECs), tels que les perturbateurs endocriniens (PE), les colorants, les pesticides et les produits pharmaceutiques, dans les environnements aquatiques pose des risques critiques en raison de leur persistance, de leur bioaccumulation et de leur potentiel à provoquer des effets mutagènes et cancérigènes. Ces contaminants sont introduits dans les systèmes aquatiques par les eaux usées municipales, le ruissellement agricole et les effluents industriels, et sont souvent insuffisamment éliminés par les procédés conventionnels de traitement de l’eau. Par conséquent, le développement de méthodes de traitement efficaces pour éliminer les CECs des eaux contaminées est essentiel afin de protéger l’environnement et la santé publique. La photocatalyse flottante est apparue comme une approche prometteuse qui imite la photosynthèse naturelle en utilisant l’énergie lumineuse pour entraîner des réactions d’oxydoréduction destinées à la dégradation des contaminants. Cette stratégie permet une exposition directe à la lumière, améliore le transfert d’oxygène depuis l’air et facilite la récupération du photocatalyseur. Cette recherche doctorale visait à développer des photocatalyseurs flottants nanostructurés pour la dégradation des CECs sous irradiation solaire simulée. Des photocatalyseurs de TiO2 nanotubulaire unidimensionnel ont été fabriqués par l’ingénierie de nanostructures semi-conductrices de type n dans des matériaux avancés, au moyen d’une méthode hydrothermale assistée par ultrasons. Une mousse de polyuréthane à structure alvéolaire ouverte a été utilisée comme support flottant pour le dépôt de photocatalyseurs sous forme de poudre, via une nouvelle méthode de dépôt chimique en phase humide. Ce photocatalyseur flottant innovant (TNTs@PUF) a été appliqué pour éliminer une gamme de polluants organiques, tels que le bisphénol A (BPA), le méthyl orange (MO), le bleu de méthylène (MB), le bentazone (BZ), l’isoproturon (IPU), le sulfaméthoxazole (SMZ) et la carbamazépine (CBZ), sous irradiation solaire simulée (lampe solaire commerciale de 300 W et intensité de 35 W/m2). L’activité photocatalytique des TNTs@PUF flottants a également été évaluée en présence de composants de matrice aqueuse et dans des systèmes contenant plusieurs polluants. De plus, la modification des TNTs@PUF flottants par dopage non métallique a été étudiée afin d’améliorer la dégradation photocatalytique du BPA. Plus intéressant encore, des photocatalyseurs flottants intelligents capables d’assurer une dégradation du BPA 24 heures sur 24 ont été développés en intégrant un stockage d’énergie basé sur des chalcogénures WS2 dans des nanotubes de TiO2 à fort rapport d’aspect, au sein d’une hétérojonction de type Z-scheme.