Chapter 7
Photocatalytic Nanomaterials for Bacterial
Disinfection
Teklit Gebregiorgis Ambaye, Mentore Vaccari, and Eric D. van Hullebusch
Contents
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.2 Nanostructured Materials for Water Disinfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.2.1 Zero-Dimensional Nanostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.2.2 One-Dimensional Nanostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.2.3 Two-Dimensional Nanostructured Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
7.3 Natural Minerals as Photocatalysts for Water Disinfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.4 Mechanisms of the Photocatalytic Disinfection of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
7.5 The Effect of the Water Matrix on the Disinfection Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.5.1 Factors Affecting Water Mix Property on the Water Disinfection Process . . . . . . 228
7.6 Supported Catalysts for Water/Wastewater Disinfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.6.1 Electrocoagulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.6.2 Direct Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.6.3 Indirect Electro-oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.7 Future Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
7.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
T. G. Ambaye (*)
Department of Civil, Environmental, Architectural Engineering and Mathematics, University of
Brescia, Brescia, Italy
Department of Chemistry, Mekelle University, Mekelle, Ethiopia
e-mail: t.ambaye@unibs.it
M. Vaccari
Department of Civil, Environmental, Architectural Engineering and Mathematics, University of
Brescia, Brescia, Italy
e-mail: mentore.vaccari@unibs.it
E. D. van Hullebusch
Université de Paris, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Paris, France
e-mail: vanhullebusch@ipgp.fr
© The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to
Springer Nature Switzerland AG 2021
Inamuddin et al. (eds.), Water Pollution and Remediation: Photocatalysis,
Environmental Chemistry for a Sustainable World 57,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54723-3_7
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Photocatalytic Nanomaterials for Bacterial
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Teklit Gebregiorgis Ambaye, Mentore Vaccari, and Eric D. van Hullebusch
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7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.2 Nanostructured Materials for Water Disinfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.2.1 Zero-Dimensional Nanostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
7.2.2 One-Dimensional Nanostructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.2.3 Two-Dimensional Nanostructured Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
7.3 Natural Minerals as Photocatalysts for Water Disinfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.4 Mechanisms of the Photocatalytic Disinfection of Bacteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
7.5 The Effect of the Water Matrix on the Disinfection Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.5.1 Factors Affecting Water Mix Property on the Water Disinfection Process . . . . . . 228
7.6 Supported Catalysts for Water/Wastewater Disinfection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.6.1 Electrocoagulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.6.2 Direct Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.6.3 Indirect Electro-oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.7 Future Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
7.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
T. G. Ambaye (*)
Department of Civil, Environmental, Architectural Engineering and Mathematics, University of
Brescia, Brescia, Italy
Department of Chemistry, Mekelle University, Mekelle, Ethiopia
e-mail: t.ambaye@unibs.it
M. Vaccari
Department of Civil, Environmental, Architectural Engineering and Mathematics, University of
Brescia, Brescia, Italy
e-mail: mentore.vaccari@unibs.it
E. D. van Hullebusch
Université de Paris, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, Paris, France
e-mail: vanhullebusch@ipgp.fr
© The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to
Springer Nature Switzerland AG 2021
Inamuddin et al. (eds.), Water Pollution and Remediation: Photocatalysis,
Environmental Chemistry for a Sustainable World 57,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54723-3_7
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