Abstract
This paper presents a review of the principles and mechanisms involved in the process of heterogenous photocatalysis. The goal of photocatalysis is to remove persistent organic pollutants as well as microorganisms present in contaminated water. With the help of a semiconductor photocatalyst, solar photons are utilised to generate electron–hole pairs in the oxidation process, forming hydroxyl and superoxide radicals. There are several types of semiconductor photocatalyst available, the most widely used being titanium dioxide (TiO2). The effects of various operating factors influencing the photocatalytic degradation of pollutants, such as pH, catalyst concentration, substrate concentration, light intensity and wavelength, and oxidising agents are discussed. Heterogenous photocatalysis technology has been used in wastewater treatment during the last decade, and has been growing in efficiency ever since. From previous studies of different applications, it will be shown that this process is simple, cost-effective, sustainable and environmentally friendly. However, there are some minor disadvantages associated with its use in water purification, which are presented in this paper.
Keywords
References
1.
Sazakli E.
,
Alexopoulus A.
, and
Leotsinidis M.
, Water Res. , 2007 , 41 , 2039 .
2.
Abdulla A.F.
, and
Al-Shareef A. W.
, Desalination , 2009 , 243 , 195 .
3.
Radhakrishna B.P.
, Curr. Sci. , 2003 , 85 , 1259 .
4.
Che-Ani A.I.
,
Shaari N.
,
Zain M. F. M.
, and
Tahir M. M.
, Eur. J. Sci. Res. , 2009 , 34 , 132 .
5.
Gray N.F.
, Drinking water quality: Problems and solutions, Second Edition , Cambridge , United Kingdom , 2008 , pp. 158 –165 .
6.
Law B.K. E.
, and
Bustami R. A.
, UNIMAS e-Journal Civil Eng. , 2013 , 4 , 28 .
7.
Evans C.A.
,
Coombes P. J.
, and
Dunstan R. H.
, Water Res. , 2006 , 40 , 37 .
8.
Meera V.
, and
Ahammed M. M.
, J. Water Supply: Res. Tech. – AQUA , 2006 , 55.4 , 257 .
9.
Chong M.N.
,
Jin B.
,
Chow C. W. K.
, and
Saint C.
, Water Res. , 2010 , 44 , 2997 .
10.
Ahmed S.
,
Rasul M. G.
, and
Hashib M. A.
, J. Env. Manag. , 2011 , 92 , 311 .
11.
Robertson P.K. J.
,
Robertson J. M. C.
, and
Bahnemann D. W.
, J. Haz. Mat. , 2012 , 211 , 161 .
12.
Rizzo L.
,
Koch J.
,
Belgiorno V.
, and
Anderson M. A.
, Desalination , 2007 , 211 , 1 .
13.
Doll T.E.
, and
Frimmel F. H.
, Water Res. , 2004 , 38 , 955 .
14.
Al-Rasheed R.A.
, 4th Conference SWCC Acquired Experience Symposium , Jedah, 2005 .
15.
Malato S.
,
Fernandez-Ibanez P.
,
Maldonado M. I.
,
Blanco J.
, and
Gernjak W.
, Catal. Today , 2009 , 147 , 1 .
16.
Lamprea K.
, and
Ruban V.
, Proc. 11th Int. Conf. Urban Drain. , Edinburgh, 2008 .
17.
Guidotti M.
,
Giovnazzo R.
,
Cedrone O.
, and
Vitali M.
, Env. Int. , 2000 , 26 , 23 .
18.
Mahugija J.A. M.
,
Henkelmann B.
, and
Schramm K. W.
, Chemosphere , 2015 , 118 , 12 .
19.
Garban B.
,
Blanchoud H.
,
Motelay-massei A.
,
Chevreuil M.
, and
Ollivon D.
, Atmos. Envir. , 2002 , 36 , 5395 .
20.
Basheer C.
,
Balasubramanian R.
, and
Lee H. K.
, J. Chromatogr. A , 2003 , 1016 , 11 .
21.
He J.
, and
Balasubramanian R.
, Chemosphere , 2010 , 78 , 742 .
22.
Tahboub Y.R.
,
Zaater M. F.
, and
Khater D. F.
, Arab. J. Chem. , 2014 . doi: 10.1016/j.arabjc.2014.01.011.
23.
Okochi H.
,
Sugimoto D.
, and
Igawa M.
, Atmos. Environ. , 2004 , 38 , 4403 .
24.
Adedeji O.H.
, and
Olayinka O. O.
, IOSR J. Envir. Sci., Tox Food Tech. (IOSR-JESTFT) , 2014 , 8 , 55 .
25.
Schwarzenbach R.P.
,
Escher B. I.
,
Fenner K.
,
Hofstetter T. B.
,
Johnson C. A.
,
Gunten U. V.
, and
Wehrli B.
, Science , 2006 , 313 , 1072 .
26.
Miguntanna N.S.
,
Egodawatta P.
, and
Goonetilleke A.
, Desal. Water Treat. , 2010 , 19 , 205 .
27.
Akpan U.G.
, and
Hameed B. H.
, J. Haz. Mat. , 2009 , 170 , 520 .
28.
Bahnemann D.
, Solar Energy , 2004 , 77 , 445 .
29.
Konstantinou I.K.
, and
Albanis T. A.
, Appl. Catal. B: Environ , 2004 , 49 , 1 .
30.
Hoffmann M.R.
,
Martin S. T.
,
Choi W.
, and
Bahnemann D. W.
, Chem. Rev. , 1995 , 95 , 69 .
31.
Gerven T.V.
,
Mul G.
,
Moulijn J.
, and
Stankiewicz A.
, Chem. Eng. Proc. , 2007 , 46 , 781 .
32.
Pelaez M.
,
Nolan N. T.
,
Pillai S. C.
,
Seery M. K.
,
Falaras P.
,
Kontos A. G.
,
Dunlop P. S. M.
,
Hamilton J. W. J.
,
Byrne J.
,
O'Shea K.
,
Entezari M. H.
, and
Dionysiou D. D.
, Applied Catalysis B , 2012 , 125 , 331 .
33.
Rengifo-Herrera J.A.
, and
Pulgarin C.
, Solar Energy , 2010 , 84 , 37 .
34.
Han C.
,
Pelaez M.
,
Likodimos V.
,
Kontos A. G.
,
Falaras P.
,
O'Shea K.
, and
Dionysiou D. D.
, Applied Catalysis B , 2011 , 107 , 77 .
35.
Uyguner-Demirel C.S.
, and
Bekbolet M.
, Chemosphere , 2011 , 84 , 1009 .
36.
Zhang J.
,
Zhou P.
,
Liu J.
, and
Yu J.
, Phys. Chem. Chem. Phys. , 2014 , 16 , 20382 .
37.
Li Puma G.
,
Bono A.
,
Krishnaiah D.
, and
Collin J. G.
, J. Haz. Mat. , 2008 , 157 , 209 .
38.
Fujishima A.
,
Rao T. N.
, and
Tryk D. A.
, J. Photochem. Photobiol. C , 2000 , 1 , 1 .
39.
Hurum D.C.
,
Gray K. A.
,
Rajh T.
, and
Thurnauer M. C.
, J. Phys. Chem. B , 2005 , 109 , 977 .
40.
Berger T.
,
Sterrer M.
,
Diwald O.
, and
Knozinger O.
, J. Phys. Chem. B , 2005 , 109 , 6061 .
41.
Chong M.N.
,
Lei S.
,
Jin B.
,
Saint C.
, and
Chow C. W. K.
, Sep. Purif. Technol. , 2009 , 67 , 355 .
42.
Chong M.N.
,
Zhu H. Y.
,
Jin B.
,
Saint C.
, and
Chow C. W. K.
, Chem. Eng. J. , 2009 , 150 , 49 .
43.
Ochuma I.J.
,
Fishwick R. P.
,
Wood J.
, and
Winterbottom J. M.
, Appl. Catal. B: Environ. , 2007 , 73 , 259 .
44.
Chin S.S.
,
Chiang K.
, and
Fane A. G.
, J. Memb. Sci. , 2006 , 275 , 202 .
45.
Toor A.P.
,
Verma A.
,
Jotshi C. K.
,
Bajpai P. K.
, and
Singh V.
, Dyes Pigm. , 2006 , 68 , 53 .
46.
Gogniat G.
,
Thyssen M.
,
Dennis M.
,
Pulgarin C.
, and
Dukan S.
, FEMS Microbial. Lett. , 2006 , 258 , 18 .
47.
Rincon A.G.
, and
Pulgarin C.
, Appl. Catal. B: Environ. , 2004 , 51 , 283 .
48.
Zhu X.
,
Yuan C.
,
Bao Y.
,
Yang J.
, and
Wu Y.
, J. Mol. Cat.: Chemical , 2005 , 229 , 95 .
49.
Shifu C.
, and
Gengyu C.
, Solar Energy , 2005 , 79 , 1 .
50.
Herrera Melián J.A.
,
Doña Rodríguez J. M.
,
Viera Suárez A.
,
Tello Rendón E.
,
Valdés Do Campo C.
,
Arana J.
, and
Pérez Peña J.
, Chemosphere , 2000 , 41 , 323 .
51.
Rincon A.G.
, and
Pulgarin C.
, Appl. Catal. B: Environ. , 2006 , 63 , 222 .
52.
Seven O.
,
Dindar B.
,
Aydenir S.
,
Metin D.
,
Ozinel M. A.
, and
Icli S.
, J. Photochem. Photobiol. A: Chem. , 2004 , 165 , 103 .
53.
Lonnen J.
,
Kilvington S.
,
Kehoe S. C.
,
Al-Touati F.
, and
McGuigan K. G.
, Water Res. , 2005 , 39 , 877 .
54.
Sichel C.
,
Tello J.
,
de Cara M.
, and
Fernandez-Ibanez P.
, Catal. Today , 2007 , 129 , 152 .
55.
Muneer M.
,
Qamar M.
,
Saquib M.
, and
Bahnemann D.
, Chemosphere , 2005 , 61 , 457 .
56.
Ioannou L.A.
,
Hapeshi E.
,
Vasquez M. I.
,
Mantzavinos D.
, and
Fatta-Kassinos D.
, Solar Energy , 2011 , 85 , 1915 .
57.
Gaya U.I.
, and
Abdullah A. H.
, J. Photochem. Photobiol. C: Photochem. Rev. , 2008 , 9 , 1 .
58.
Bamba D.
,
Atheba P.
,
Robert D.
,
Trokourey A.
, and
Dongui B.
, Environ. Chem. Lett. , 2008 , 6 , 163 .
59.
Kaneco S.
,
Itoh K.
,
Katsumata H.
,
Suzuki T.
, and
Ohta K.
, Chem. Eng. J. , 2009 , 148 , 50 .
60.
Wei L.
,
Shifu C.
,
Wei Z.
, and
Sujuan Z.
, J. Haz. Mat. , 2009 , 164 , 154 .
61.
Kuo C.Y.
,
Wu C. H.
, and
Lin H. Y.
, Desalination , 2010 , 256 , 37 .
62.Adesina , Catalysis Surveys from Asia , 2004 , 8 , 265 .
63.
Saquib M.
, and
Muneer M.
, Dyes Pygm. , 2003 , 56 , 37 .
64.
Parida K.M.
,
Dash S. S.
, and
Das D. P.
, J. Coll. Int. Sci. , 2006 , 298 , 787 .
65.
Lathasree S.
,
Rao A. N.
,
Samlor B. S.
,
Sadasivam V.
, and
Rengaraj K.
, J. Mol. Cat. A: Chem. , 2004 , 223 , 101 .
66.
Kaneco S.
,
Rahman M. A.
,
Suzuki T.
,
Katsumata H.
, and
Ohta K.
, J. Photochem. Photobiol. A: Chem. , 2004 , 163 , 419 .
67.
Chakrabarti S.
, and
Dutta B. K.
, J. Hazard. Mater. , 2004 , 112 , 269 .
68.
Bahnemann W.
,
Muneer M.
, and
Haque M. M.
, Catalysis Today , 2007 , 124 , 133 .
69.
Singh H.K.
, and
Muneer M.
, Res. Chem. Intermed. , 2004 , 30 , 317 .
70.
Chen J.
,
Wang D.
,
Zhu M.
, and
Gao C.
, Desalination , 2007 , 207 , 87 .
71.
Shifu C.
, and
Yunzhang L.
, Chemosphere , 2007 , 67 , 1010 .
72.
Liu W.
,
Chen W.
,
Shifu W.
,
Zhao W.
, and
Zhang S.
, Desalination , 2009 , 249 , 1288 .
73.
Matilainen A.
, and
Sillanpaa M.
, Chemosphere , 2010 , 80 , 351 .
74.
Ibhadon A.O.
, and
Fitzpatrick P.
, Catalysts , 2013 , 3 , 189 .
75.
Pestana C.J.
,
Robertsona P. J. K.
,
Edwards C.
,
Wilhelm W.
,
McKenzie C.
, and
Lawton L. A.
, Chem Eng J. , 2014 , 235 , 293 .
76.
Lazar M.
,
Varghese S.
, and
Nair S.
, Catalysts , 2012 , 2 , 572 .
77.
Chung Y.C.
, and
Chen C. Y.
, Environ. Chem. Lett. , 2009 , 7 , 347 .
78.
Dias M.G.
, and
Azevedo E. B.
, Water Air Soil Pollut. , 2009 , 204 , 79 .
79.
Lopez L.
,
Daoud W. A.
, and
Dutta D.
, Surf. Coat. Technol. , 2010 , 205 , 251 .
80.
Esparza P.
,
Borges M. E.
,
Diaz L.
,
Alvarez-Galvan M. C.
, and
Fierro J. L. G.
, Appl. Catal. A , 2010 , 388 , 7 .
81.
Zhuang J.D.
,
Dai W. X.
,
Tian Q. F.
,
Li Z. H.
,
Xie L. Y.
,
Wang J. X.
,
Liu P.
,
Shi X. C.
, and
Wang D. H.
, Langmuir , 2010 , 26 , 9686 .
82.
Echavia G.R. M.
,
Matzusawa F.
, and
Negishi N.
, Chemosphere , 2009 , 76 , 595 .
83.
Pelentridou K.
,
Stathatos E.
,
Karasali H.
, and
Lianos P.
, J. Hazard. Mater. , 2009 , 163 , 756 .
84.
Fabbri D.
,
Crime A.
,
Davezza M.
,
Medana C.
,
Baiocchi C.
,
Prevot A. B.
, and
Pramauro E.
, Appl. Catal. B , 2009 , 92 , 318 .
85.
Boroski M.
,
Rodrigues A. C.
,
Garcia J. C.
,
Sampaio L. C.
,
Nozaki J.
, and
Hioka N.
, J. Hazard. Mater. , 2009 , 162 , 448 .
86.
Choina J.
,
Duwensee H.
,
Flechsig G. U.
,
Kosslick H.
,
Morawski A. W.
,
Tuan V. A.
, and
Schulz A.
, Cent. Eur. J. Chem. , 2010 , 8 , 1288 .
87.
Alvarez P.M.
,
Jaramillo J.
,
Lopez-Pinero F.
, and
Plucinski P. K.
, Appl. Catal. B , 2010 , 100 , 338 .
88.
Lin Y.X.
,
Ferronato C.
,
Deng N. S.
, and
Chovelon J. M.
, Appl. Catal. B , 2011 , 104 , 353 .
89.
Giraldo A.L.
,
Penuela G. A.
,
Torres-Palma R. A.
,
Pino N. J.
,
Palominos R. A.
, and
Mansilla H. D.
, Water Res. , 2010 , 44 , 5158 .
90.
Hapeshi E.
,
Achilleos A.
,
Vasquez M. I.
,
Michael C.
,
Xekoukoulotakis N. P.
,
Mantzavinos D.
, and
Kassinos D.
, Water Res. , 2010 , 44 , 1737 .
91.
An T.C.
,
Yang H.
,
Li G. Y.
,
Song W. H.
,
Cooper W. J.
, and
Nie X. P.
, Appl. Catal. B , 2010 , 94 , 288 .
92.
Li W.
,
Guo C.
,
Su B.
, and
Xu J.
, J. Chem. Technol. Biotechnol. , 2012 , 87 , 643 .
93.
An T.C.
,
An J. B.
,
Yang H.
,
Li G. Y.
,
Feng H. X.
, and
Nie X. P.
, J. Hazard. Mater. , 2011 , 197 , 229 .
94.
Pereira J.
,
Vilar V. J. P.
,
Borges M. T.
,
Gonzalez O.
,
Esplugas S.
, and
Boaventura R. A. R.
, Sol. Energy , 2011 , 85 , 2732 .
95.
Adams W.A.
, and
Impellitteri C. A.
, J. Photochem. Photobiol. A , 2009 , 202 , 28 .
96.
Qourzal S.
,
Barka N.
,
Tamimi M.
,
Assabbane A.
,
Nounah A.
,
Ihlal A.
, and
Ait-Ichou Y.
, Mater. Sci. Eng. C , 2009 , 29 , 1616 .
97.
Miranda-Garcia N.
,
Maldonado M. I.
,
Coronado J. M.
, and
Malato S.
, Catal. Today , 2010 , 151 , 107 .
98.
Sanchez M.
,
Rivero M. J.
, and
Ortiz I.
, Desalination , 2010 , 262 , 141 .
99.
Antoniou M.G.
,
Shoemaker J. A.
,
de la Cruz A. A.
, and
Dionysiou D. D.
, Toxicon , 2008 , 51 , 1103 .
100.
Sharma V.K.
,
Triantis T. M.
,
Antoniou M. G.
,
He X. X.
,
Pelaez M.
,
Han C. S.
,
Song W. H.
,
O'Shea K. E.
,
de la Cruz A. A.
, and
Kaloudis T.
, Sep. Purif. Technol. , 2012 , 91 , 3 .
101.
Graham D.
,
Kisch H.
,
Lawton L. A.
, and
Robertson P. K. J.
, Chemosphere , 2010 , 78 , 1182 .
102.
Triantis T.M.
,
Fotiou T.
,
Kaloudis T.
,
Kontos A. G.
,
Falaras P.
,
Dionysiou D. D.
,
Pelaez M.
, and
Hiskia A.
, J. Hazard. Mater. , 2012 , 211 , 196 .
103.
Dalrymple O.K.
,
Isaacs W.
,
Stefanakos E.
,
Trotz M. A.
, and
Goswami D. Y.
, J. Photochem. Photobiol. A , 2011 , 221 , 64 .
104.
Amarjargal A.
,
Tijing L. D.
,
Yu M. H.
,
Kim C. H.
,
Park C. H.
,
Kim D. W.
, and
Kim C. S.
, J. Mater. Sci. Technol. , 2012 , 28 , 184 .
105.
Li G.Z.
,
Park S.
,
Kang D. W.
,
Krajmalnik-Brown R.
, and
Rittmann B. E.
, Environ. Sci. Technol. , 2011 , 45 , 8359 .
106.
Ghaly M.Y.
,
Jamil T. S.
,
El-Seesy I. E.
,
Souaya E. R.
, and
Nasr R. A.
, Chem. Eng. J. , 2011 , 168 , 446 .
107.
Zhang W.
,
Li Y.
,
Su Y.
,
Mao K.
, and
Wang Q.
, J. Hazard. Mater. , 2012 , 215 , 252 .
108.
Miranda-Garcia N.
,
Suarez S.
,
Sanchez B.
,
Coronado J. M.
,
Malato S.
, and
Maldonado M. I.
, Appl. Catal. B , 2011 , 103 , 294 .
109.
Wang T.C.
,
Lu N.
,
Li J.
, and
Wu Y.
, Environ. Sci. Technol. , 2011 , 45 , 9301 .
110.
Hashimoto K.
,
Irie H.
, and
Fujishima A.
, Jpn. J. Appl. Phys. , 2005 , 44 , 8269 .
111.
Fisher M.B.
,
Keane D. A.
,
Fernandez-Ibanez P.
,
Colreavy J.
,
Hinder S. J.
,
McGuigan K. G.
, and
Pillai S. C.
, App. Cat. B: Envir. , 2013 , 130 , 8 .
112.
Madhavan J.
,
Maruthamuthu P.
,
Murugesan S.
, and
Anandan S.
, Appl. Catal. B: Environ. , 2008 , 83 , 8 .
113.
Devipriya S.
, and
Yesodharan S.
, Solar Energy Mat. Solar Cells , 2005 , 86 , 309 .
114.
Morgan D.J.
,
Dunnill C. W. H.
,
Aiken Z. A.
,
Pratten J.
,
Wilson M.
, and
Parkin I. P.
, J. Photoch. Photobio. A , 2009 , 207 , 244 .
115.
Fukahori S.
,
Fujiwara T.
,
Ito R.
, and
Funamizu N.
, Chemosphere , 2012 , 89 , 213 .
116.
Abellan M.N.
, Appl. Catal. B: Envron. , 2007 , 74 , 233 .
117.
Lambropoulou D.A.
, J. Chromatogr. A , 2008 , 1183 , 38 .
118.
Zhang X.
, J. Hazard. Mater. , 2008 , 157 , 300 .
119.
Robert D.
,
Parra S.
,
Pulgarin C.
,
Krzton A.
, and
Weber J. V.
, Appl. Surf. Sci. , 2000 , 167 , 51 .
120.
Enriquez R.
, and
Pichat P.
, Langmuir , 2001 , 17 , 6132 .