Chapter 2
Dyes Depollution of Water Using Porous
TiO 2 -Based Photocatalysts
Bénédicte Lebeau, Florian Jonas, Pierrick Gaudin, Magali Bonne,
and Jean-Luc Blin
Contents
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2 Dye Classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3 Titania Photocatalyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3.1 Structure and Properties of TiO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.2 Mechanisms of Photocatalysis and Principle of Pollutant Degradation . . . . . . . . . . . 47
2.3.3 Parameter Affecting the TiO 2 Photoactivity Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4 Porous TiO 2 Photocatalysts . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . 52
2.4.1 Templated Nanostructured TiO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.4.2 Nanoparticles and Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.3 (Nano)composites: TiO 2 Supported on Porous Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.4 Doping of TiO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4.5 Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.5 Examples of Processes for Dyes Removal from Water Using TiO 2 Photocatalyst . . . . . . . 65
2.5.1 Photocatalytic Membrane Reactors (PMRs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.5.2 Continuous-Flow Photochemical Micro-Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.6 Titania and Photocatalysis in Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Abstract Wastewater discharge from industries is a major environmental issue.
Particularly, dyes are a major concern because of their toxicity on human health.
Among the different techniques developed to remove these pollutants from water,
heterogeneous photocatalysis appears as a promising technology, and it is one of the
most studied for the decomposition of dyes in water phase over the few past decades.
B. Lebeau · M. Bonne
Université de Haute Alsace, CNRS, IS2M UMR 7361, Mulhouse, France
Université de Strasbourg, Strasbourg, France
e-mail: benedicte.lebeau@uha.fr; magali.bonne@uha.fr
F. Jonas · P. Gaudin · J.-L. Blin (*)
Université de Lorraine, Laboratoire Lorrain de Chimie Moléculaire UMR CNRS 7053 L2CM,
Vandoeuvre-lès-Nancy, France
e-mail: florian.jonas@univ-lorraine.fr; pierrick.gaudin@univ-lorraine.fr; jean-luc.blin@univlorraine.fr
© Springer Nature Switzerland AG 2020
N. Dasgupta et al. (eds.), Environmental Nanotechnology Volume 4, Environmental
Chemistry for a Sustainable World 32, https://doi.org/10.1007/978-3-030-26668-4_2
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Dyes Depollution of Water Using Porous
TiO 2 -Based Photocatalysts
Bénédicte Lebeau, Florian Jonas, Pierrick Gaudin, Magali Bonne,
and Jean-Luc Blin
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2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2 Dye Classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3 Titania Photocatalyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3.1 Structure and Properties of TiO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3.2 Mechanisms of Photocatalysis and Principle of Pollutant Degradation . . . . . . . . . . . 47
2.3.3 Parameter Affecting the TiO 2 Photoactivity Efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4 Porous TiO 2 Photocatalysts . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . 52
2.4.1 Templated Nanostructured TiO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.4.2 Nanoparticles and Nanotubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.4.3 (Nano)composites: TiO 2 Supported on Porous Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.4 Doping of TiO 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.4.5 Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.5 Examples of Processes for Dyes Removal from Water Using TiO 2 Photocatalyst . . . . . . . 65
2.5.1 Photocatalytic Membrane Reactors (PMRs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.5.2 Continuous-Flow Photochemical Micro-Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.6 Titania and Photocatalysis in Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Abstract Wastewater discharge from industries is a major environmental issue.
Particularly, dyes are a major concern because of their toxicity on human health.
Among the different techniques developed to remove these pollutants from water,
heterogeneous photocatalysis appears as a promising technology, and it is one of the
most studied for the decomposition of dyes in water phase over the few past decades.
B. Lebeau · M. Bonne
Université de Haute Alsace, CNRS, IS2M UMR 7361, Mulhouse, France
Université de Strasbourg, Strasbourg, France
e-mail: benedicte.lebeau@uha.fr; magali.bonne@uha.fr
F. Jonas · P. Gaudin · J.-L. Blin (*)
Université de Lorraine, Laboratoire Lorrain de Chimie Moléculaire UMR CNRS 7053 L2CM,
Vandoeuvre-lès-Nancy, France
e-mail: florian.jonas@univ-lorraine.fr; pierrick.gaudin@univ-lorraine.fr; jean-luc.blin@univlorraine.fr
© Springer Nature Switzerland AG 2020
N. Dasgupta et al. (eds.), Environmental Nanotechnology Volume 4, Environmental
Chemistry for a Sustainable World 32, https://doi.org/10.1007/978-3-030-26668-4_2
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