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Atividade Financiada

Sistemas fotocatalíticos accionados por luz solar para purificação de águas residuais

Engineered solar light driven photocatalytic systems for wastewater purification

Referência
PTDC/EQU-EQU/1056/2020
Data de Início do Projeto
2021-02-01
Data de Fim do Projeto
2024-10-31
Investigador Principal
Coinvestigador Principal
Área Científica
Ciências da engenharia e tecnologias
Programa de Financiamento
Concurso para Financiamento de Projetos de Investigação Científica e Desenvolvimento Tecnológico em Todos os Domínios Científicos - 2020

Resumo

O projeto SOLAR2CLEAN visa a obtenção de um sistema fotocatalítico altamente eficiente, de elevada aplicabilidade na vida real, que utiliza a luz solar e visa a purificação de águas residuais, ou seja, a degradação de microplásticos e outros poluentes (resíduos de antibióticos). Envolve um plano dinâmico de investigação que promove a inovação, a integração tecnológica e as colaborações internacionais. O projeto SOLAR2CLEAN surge no âmbito de uma colaboração científica entre o IST-ID e a ETH-Zurique, iniciada em 2019, com o trabalho em licença sabática e estadia como convidada académica, de Ana C. Marques (PI do projeto), no grupo de Markus Niederberger, Laboratório de Materiais Multifuncionais (MFM) da ETH. Marques desenvolveu recentemente uma poderosa plataforma para sintetizar microesferas porosas (MSs) [1], que foi capaz de combinar com sucesso com nanopartículas fotocatalíticas (NPs) destinadas a obter fotocatálise por luz solar. O grupo de Niederberger é especializado na síntese dessas NPs cobrindo uma vasta gama de propriedades. Os promissores resultados preliminares alcançados pela equipa, associados aos desafios correntes, estão na origem do conceito aqui proposto. Os fotocatalisadores ideais devem apresentar uma maior capacidade de resposta à luz visível (Vis), uma separação mais eficiente dos portadores de cargas e uma boa capacidade de reutilização. Este projeto prevê muito mais do que um sistema fotocatalítico convencional para a purificação da água, que normalmente se baseia em NPs fotocatalíticas dispersas no meio de reação líquido (reator descontínuo) e num processo de nanofiltração demorado e complexo para a recuperação dos catalisadores. A tecnologia SOLAR2CLEAN, ao lidar com MSs customizadas, como materiais de suporte para as NP fotocatalíticas, permitirá uma operação em fluxo contínuo e deverá ser suficientemente robusta e estável para ser manuseada e reutilizada (reciclada). Combina um sistema fotocatalítico constituído por MSs porosas com NPs imobilizadas na sua superfície, otimizado para a região Vis do espectro solar, uma nova configuração para um reator solar de fluxo contínuo e uma metodologia de avaliação que envolve a degradação de um corante orgânico comum laranja de metilo (MO) para fins de optimização, de um antibiótico ubíquo (minociclina, fornecido pela HOVIONE S.A.) e de microplásticos de polietileno de baixa densidade (LDPE). Será pioneiro em avaliar se o LDPE exposto ao nosso sistema fotocatalítico será mais propenso à biodegradação, com o objetivo de estabelecer as bases para permitir a biodegradabilidade dos plásticos convencionais "não-biodegradáveis". O presente conceito, verdadeiramente inspirado em aplicação real, sustentabilidade e tecnologia, combina os mais recentes avanços e tendências emergentes na ciência, como: - síntese de NPs fotocatalíticas (ETH Zurique - MFM) e a sua combinação sinérgica com MSs com porosidade à escala meso e macro (IST-ID, grupo TPMI), - estratégia de captação de luz solar (IST-ID, Moléculas Fotoactivas, Fotónica e Grupo de Materiais Funcionais), - reatores solares para operação de fluxo contínuo, avaliação de fotocatálise e estudos mecanísticos (ETH Zurique – MFM), - degradação fotocatalítica de corantes orgânicos, antibióticos persistentes ubíquos e microplásticos (IST-ID e ETH Zurique - MFM), - avaliação da biodegradabilidade aeróbica de microplásticos de LDPE e resíduos de minociclina, mediada por fotocatálise (IST-ID, grupo de Energia, Ambiente e Engenharia). O projecto SOLAR2CLEAN contribui com novas tecnologias e metodologias para uma melhor gestão da água e saneamento, menos poluição, redução da libertação de substâncias químicas e materiais recalcitrantes nos oceanos e rios através de soluções energéticas sustentáveis e modernas, alinhadas com os objectivos 6 e 7 da Agenda para o Desenvolvimento Sustentável da ONU de 2030. A tecnologia prevista neste projeto está bem adaptada às necessidades urgentes em processos industriais, nomeadamente no tratamento de efluentes, abordando também os objectivos 9, 12 e 13, ou seja, a industrialização sustentável, a produção responsável e o combate às alterações climáticas. Tal é reforçado pela carta de apoio da HOVIONE S.A.. A incursão de tais estruturas únicas no campo da fotocatálise abre a possibilidade de um cenário preferido, em que o futuro do abastecimento de água deve passar pela reutilização da água proveniente de estações de tratamento de águas residuais. Esta nova tecnologia tem também potencial para ser aplicada à degradação dos poluentes orgânicos emergentes e persistentes (POP) enumerados no Regulamento POP da UE e a outras tecnologias ambientais sustentáveis, como os concentradores solares, com potencial para beneficiar os países em desenvolvimento, em que a luz solar continua a ser a fonte de energia mais prevalecente.

Instituições

Instituições Principais

  • Centro de Recursos Naturais e Ambiente (CERENA/IST-ID)
  • Associação do Instituto Superior Técnico para a Investigação e Desenvolvimento (IST-ID)

Outras Instituições

  • Universidade de Lisboa Centro de Química Estrutural (CQE)
  • Associação do Instituto Superior Técnico para a Investigação e Desenvolvimento (IST-ID)
  • ETH Zurich, Department of Materials

Financiamento 249.914,74 €

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Portugal

249.914,74 €