Benefici della Fotocatalisi per lo Sviluppo Sostenibile
La fotocatalisi è un processo che coinvolge la variazione della velocità di una reazione chimica sotto l’azione di una radiazione a specifica lunghezza d’onda e in presenza di un catalizzatore. Con lo sviluppo industriale in rapido aumento, la dipendenza dalle fonti energetiche non rinnovabili ha portato ad un aumento dell’anidride carbonica atmosferica.
Indice Articolo
I cambiamenti climatici derivanti dall’effetto serra richiedono lo sviluppo di nuove energie per sostenere uno sviluppo sostenibile. L’energia solare rappresenta una risorsa chiave per soddisfare la crescente domanda globale di energia.
Evoluzione Storica della Fotocatalisi
Fin dal 1901, il chimico Giacomo Ciamician ha condotto esperimenti pioneristici sull’uso della luce nelle reazioni chimiche, aprendo la strada alla fotocatalisi. Nel 1911 è comparso per la prima volta il termine “fotocatalisi” nella letteratura scientifica, derivante dall’osservazione dello sbiancamento del blu di Prussia sotto l’azione dell’ossido di zinco e della luce. Questi esperimenti hanno contribuito allo sviluppo di fotocatalizzatori come ZnO e TiO2 per diverse reazioni.
Fasi della Fotocatalisi
La fotocatalisi può essere generalmente suddivisa in quattro fasi:
1. Assorbimento della luce per generare coppie elettrone-lacuna
2. Separazione delle cariche eccitate
3. Trasferimento delle cariche sulla superficie dei fotocatalizzatori
4. Utilizzo delle cariche sulla superficie per reazioni redox
Durante queste fasi, la ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna può dissipare energia sotto forma di calore o emissione di luce, influenzando le reazioni chimiche.
Fotocatalisi Omogenea
La fotocatalisi omogenea implica la presenza di reagenti e fotocatalizzatori nella stessa fase, come nel caso di gas. Un esempio comune di fotocatalizzatore omogeneo è l’ozono nei sistemi foto-Fenton.
In conclusione, la fotocatalisi rappresenta una promettente tecnologia per affrontare le sfide energetiche e ambientali attuali, offrendo soluzioni sostenibili per il futuro.
Fotocatalisi con Ferro
La
fotocatalisi
con ferro è un processo che coinvolge la creazione di radicali ossidrili (•OH) utili per diversi scopi. Questo metodo è influenzato da vari fattori come la concentrazione di perossido di idrogeno, il pH e l’intensità della luce UV. L’uso della luce solare, con una sensibilità fino a 450 nm, permette di risparmiare sui costi delle lampade UV e sull’energia elettrica. Tuttavia, i bassi valori di pH richiesti possono essere considerati uno svantaggio in quanto il ferro precipita a pH più elevati e deve essere rimosso dopo il trattamento.Fotocatalisi Eterogenea
La
fotocatalisi eterogenea
comprende diverse reazioni come ossidazioni, deidrogenazioni, trasferimenti di idrogeno, scambi isotopici, deposizioni di metalli e disintossicazioni dell’acqua. I fotocatalizzatori eterogenei più comuni sono gli ossidi di metalli di transizione e i semiconduttori. I semiconduttori presentano una banda proibita, un intervallo energetico in cui gli elettroni non possono ricombinarsi con i buchi generati dalla fotoattivazione.In questo processo, un fotone con energia uguale o superiore al gap di banda del semiconduttore viene assorbito, facendo sì che un elettrone passi dalla banda di valenza alla banda di conduzione, creando un buco positivo. Gli elettroni e i buchi eccitati possono ricombinarsi rilasciando l’energia accumulata sotto forma di calore.
