Poveste de succes – Raport final contract subsidiar ICPE Bistrița

Stațiile de epurare utilizează în prezent metode convenționale de tratare a apelor reziduale cum ar fi sedimentarea, filtrarea, oxidarea  catalitică, adsorbția și procese de biodegradare. Aceste metode s-au dovedit a nu fi avantajoase din punct de vedere al costurilor și al duratei de operare. Mai mult, ele pot genera deșeuri secundare care la rândul lor au o toxicitate medie sau ridicată.Pentru a depași aceste obstacole, s-au dezvoltat soluții inovative de depoluare cum ar fi cele care integrează – într-un singur modul de decontaminare – mai multe metode de înlăturare a poluanților.

Din această categorie fac parte membranele fotocatalitice filtrante care cuplează două procese de decontaminare: filtrarea și fotocataliza, iar rezultatele obținute le recomandă a fi soluții promițătoare pentru purificarea apei.

Filtrarea utilizând membranele este o metodă avangardistă pentru tratarea apei datorită mai multor avantaje cum ar fi integrarea ușoară într-un modul de decontaminare și eficiență ridicată de îndepărtare a contaminanților.

Dezavantajul major al membranelor este scăderea fluxului de apă poluată din cauza colmatării porilor membranei, ducând la scurtarea duratei de viață. Substanțele chimice utilizate pentru curățarea suprafeței membranei cresc costurile și reduc performanța membranei și durata ei de viață.

Prin combinarea membranei cu nanomateriale având proprietăți fotocatalitice aceste dezavantaje pot fi eliminate oferindu-i membranei proprietăți de autocurățare.

Procesul de decontaminare a apei ce utilizează membranele filtrante fotocatalitice este influențat atât de proprietățile membranei, cât și de cele ale nanomaterialului depus sau înglobat în membrană. Caracterul hidrofil al membranei și rezistența mecanică bună care să împiedice ruperea membranei atunci când este utilizată la presiuni mari ale apei reprezintă două dintre proprietățile importante pe care o membrană filtrantă trebuie să le dețină. Pentru îmbunătățirea acestor proprietăți, echipa noastră de cercetare a propus includerea nanomaterialelor în compoziția membranei sau depunerea pe suprafață acestora. În plus, aceste nanomateriale pot descompune nu numai poluanții organici de la suprafață atunci când sunt activați prin iradiere artificială sau solară, ci și contaminanții organici din pori, evitând colmatarea membranei.

Implementarea contractului a fost realizată  de către o echipă multidisciplinară formată din 9 chimiști, fizicieni și ingineri, din partea INCDTIM, și 9 ingineri și fizicieni din partea SC ICPE Bistrița SA.În vederea atingerii obiectivului propus s-au preparat mai multe tipuri de membrane filtrante fotocatalitice. Membranele au fost obținute prin metodă de inversie a fazelor pornind de la fluorura de poliviniliden (PVDF) și având înglobate sau depuse pe suprafață  diferite cantități de nanomateriale cu proprietăți fotocatalitice.

Au fost testate mai multe tipuri de nanomateriale: nanoparticule de ZnO, nanotuburi de carbon decorate cu nanoparticule de ZnO dopate cu ioni de Fe sau Cu.

Membranele obținute au fost caracterizate din punct de vedere structural, morfologic și al proprietăților fotocatalitice de către echipa de cercetători din INCDTIM. Evaluarea activității fotocatalitice s-a realizat utilizându-se două tipuri de poluant: un colorant frecvent utilizat în industria textilă, rodamina B (RhB), și un antibiotic de spectru larg, oxitetraciclina (OTC). Pentru teste s-a ales o concentrație a soluției de poluant de 1.0 mg/L.

Membranele a căror suprafață a fost  modificată cu nanoparticule de ZnO prezintă cea mai bună efeciență de îndepărtare a poluanților, și anume 80% în cazul RhB, respectiv 71% pentru OTC, după 4 ore de iradiere cu o lampă UV de putere 30 W având emisia maximă la 365 nm.

Testele și evaluarea proprietăților filtrante ale membranei au fost efectuate în cadrul SC ICPE Bistrița SA. Aceste membrane au fost ulterior incluse în modulul de decontaminare realizat de către SC ICPE Bistrița SA.

Modulul de decontaminare realizat poate fi integrat într-un proces tehnologic de depoluare, aspecte particulare urmând a fi evidențiate în urma testării acestuia în mediu relevant. Modulul de depoluare integrează procesele adiționale de generare a agenților oxidanți in situ (ozon).