Figures-of-merit for the technical development and application of advanced oxidation technologies for both electric- and solar-driven systems (IUPAC Technical Report)

Abstract

Advanced oxidation technologies (AOTs), which involve the in situ generation of highly potent chemical oxidants, such as the hydroxyl radical (áOH), have emerged as an important class of technologies for accelerating the oxidation (and hence removal) of a wide range of organic contaminants in polluted water and air. In this report, standard figures-of-merit are proposed for the comparison and evaluation of these waste treatment technologies. These figures-of-merit are based on electric-energy consumption (for electric-energy-driven systems) or collector area (for solar-energy-driven systems). They fit within two phenomenological kinetic order regimes: 1) for high contaminant concentrations (electric energy per mass, EEM, or collector area per mass, ACM) and 2) for low concentrations (electric energy per order of magnitude, EEO, or collector area per order of magnitude, ACO). Furthermore, a simple understanding of the overall kinetic behavior of organic contaminant removal in a waste stream (i.e., whether zero- or first-order) is shown to be necessary for the description of meaningful electric- or solar-energy efficiencies. These standard figures-of-merit provide a direct link to the electric- or solar-energy efficiency (lower values mean higher efficiency) of an advanced oxidation technology, independent of the nature of the system, and therefore allow for direct comparison of widely disparate AOTs. These figures-of-merit are also shown to be inversely proportional to fundamental efficiency factors, such as the lamp efficiency (for electrical systems), the fraction of the emitted light that is absorbed in the aqueous solution, and the quantum yield of generation of active radicals.

Crystallite phase-controlled preparation, characterisation and photocatalytic properties of titanium dioxide nanoparticles

“…Since photocatalysis of aqueous organic pollutant is an electric-energy-intensive process, and electric energy can represent a major fraction of the operating costs, simple figuresof-merit based on electric energy consumption can be very useful and informative. The photochemistry commission of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) proposed a figure-of-merit (or more appropriately, an Efficiency Index, as it compares electrical efficiency of different AOPs) for UV-based AOPs [57]. Electrical energy per order (E EO ) compares electrical efficiency of different UV-based AOPs and is a measure of the electrical efficiency of an AOP system.…”

Avaliação da degradação do corante vermelho bordeaux através de processo fotoquímico

“…Na cinética de primeira ordem, o logaritmo natural da concentração dos reagentes deve diminuir linearmente com o tempo (Atkins, 1988). Usualmente o limiar de concentração (Bolton et al, 2001) alta ou baixa é 100mg.L -1 , sendo esta a concentração estudada neste trabalho. A Figura 5 indica um comportamento exponencial da concentração em função do tempo, dada a linha de tendência exponencial de primeira ordem com R 2 = 0,99401, onde R indica o coeficiente de correlação.…”

“…Na Figura 6 tem-se o comportamento obtido experimentalmente, na qual se pode verificar que há um comportamento de primeira ordem. O resultado obtido com a degradação do corante vermelho bordeaux é concordante com dados obtidos pela literatura (Araújo, Yokoyama & Teixeira, 2006;Bolton et al, 2001;Catanho, Malpass & Motheo, 2006). A equação da reta (linha de tendência linear) é y(t) = 0,23827 -0,2251 *t, , com coeficiente de correlação R = 0,99033.…”

“…O cálculo de eficiência (Bolton et al, 2001) (figura de mérito) considerando a condição de baixas concentrações de composto orgânico foi realizado por meio da avaliação da energia elétrica por ordem de magnitude por m 3 (E EO ), de acordo com a seguinte Equação: onde: P = potência da lâmpada em kW, t = tempo em horas, V = volume em litros, C i = concentração inicial em mg.L -1 e C f = concentração final em mg.L -1 .…”

“…Comparando este resultado com dados da literatura (Bolton et al, 2001;Catanho, Malpass & Motheo, 2006), verifica-se que este valor está próximo dos valores obtidos aplicando-se tratamento fotoeletroquímico a outros corantes (corantes têxteis), que igualmente possuem grupo azo em suas estruturas. …”