Heterogeneous photo-Fenton reaction with iron-based magnetic materials has been proposed as an alternative to the homogeneous Fenton process to remove contaminants of emerging concern (CECs) because of the low cost, facile recovery and reuse. The iron-based material is not only a reservoir to maintain an effective concentration of iron in solution, but it also activates H2O2 at the surface. Magnetic particles (MPs) coated with different amount of humic acid (HA), prepared by co-precipitation method under anoxic and oxygenated conditions were synthesized. Their features were characterized by different techniques (XPS, XRD, TGA, SEM and FTIR). The ability of those materials to promote Fenton and photo-Fenton-like processes was investigated using 4-chlorophenol as standard substrate. The HA coating increased the catalyst efficiency, both in the dark and under irradiation, showing the best performance at pH below 4 under simulated sunlight. The iron speciation at the MPs surface had a paramount role in the H2O2 (photo)activation, although the processes promoted by the released iron in solution were not negligible on the overall degradation process. It was demonstrated a role of the surface defectivity to promote faster degradations as a consequence of not only a faster photodissolution, but also a higher heterogeneous reactivity promoted by defective sites. The best performing MPs/HA showed high efficiency for the abatement of CECs, namely Carbamazepine, Ibuprofen, Bisphenol A and 5-Tolylbenzotriazole also in real wastewater. The obtained results demonstrated the potential application of the heterogeneous (photo)-Fenton process activated by these inexpensive and environmental friendly materials in advanced wastewater treatments.

Antifungal azoles are the most frequently used fungicides worldwide and occur as active ingredients in many antifungal pharmaceuticals, biocides, and pesticides. Azole fungicides are frequent environmental contaminants and can affect the quality of surface waters, groundwater, and drinking water. This study examined the potential of combined vacuum UV (185 nm) and UVC (254 nm) irradiation (VUV/UVC) of the azole fungicide tebuconazole and the transformation product 1,2,4-trizole on degradation and changes in ecotoxicity. In vivo ecotoxicity was examined before and after UV treatment using bioassays with test organisms from different trophic levels to integrate changes in biological effect of the parent compound and the degradation products. The test battery included the luminescent bacterium Aliivibrio fischeri, the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis, the fungus Fusarium graminearum, the green microalga Raphidocelis subcapitata, and the crustacean Daphnia magna. The combined VUV/UVC treatment of tebuconazole in drinking water efficiently degraded the parent compound at the µg/L-mg/L level and resulted in transformation products with lower toxicity than the parent compound. A direct positive correlation was observed between the applied UV dose (fluence, J/cm2), the disappearance of tebuconazole, and the decrease in ecotoxicity. The combined VUV/UVC process does not require addition of supplementary oxidants or catalysts and our study suggests that VUV/UVC-mediated photolysis of azole fungicides in water can decrease the overall toxicity and represent a potentially environmentally friendly treatment method.

This study aims to investigate how the photocatalytic efficiency of zinc oxide can be improved by introducing doping species into its crystal lattice. New materials based on zinc oxide doped with iron, have been synthesized using different methods, characterized and tested toward the abatement of selected organic molecules. The different synthetic strategies followed comprised sol-gel, precipitation and hydrothermal processes, in order to identify which one is capable of guaranteeing the best photocatalytic performances. The photoactivity of the new semiconductors was firstly tested using phenol as a model molecule subjected to irradiation under UV-A light. Phenol abatement is particularly favoured when using ZnO prepared via hydrothermal method and doped with iron at 0.5%. These materials were then tested toward the elimination of ketoprofen, an emerging pollutant substance, from water and real wastewater. Ketoprofen and its transformation products are completely abated within 30 min in pure water or in 1 h in wastewater.

Magnetic particles (MPs) coated with humic acid (HA) prepared under anoxic atmosphere were tested as heterogeneous photo-Fenton catalyst for the activation of hydrogen peroxide (H2O2) and persulfate (S2O82−) using Bisphenol A (BPA) as a model pollutant. The role of HA coating, pH value and H2O2/S2O82− concentration were investigated. A positive contribution of HA coating on H2O2 and S2O82− activation was found. The highest BPA degradation rates were achieved at acidic conditions (pH 3) with both H2O2 and S2O82−, however persulfate showed a significant efficiency even at pH 6, interesting feature in the light of decreasing the wastewater treatment costs. By the addition of selective quenching agents, OH and SO4– were identified as the main reactive species involved in the BPA abatement. An important contribution of the S2O82− photolysis on the overall BPA transformation was highlighted. The reuse of the catalyst was investigated and similar efficiency using H2O2 and S2O82− activation was observed until the third catalytic cycle. Experiments carried out using real wastewater samples, showed a good, even if less efficient compared to pure water, BPA removal.

Persistent organic pollutants have been increasingly detected in natural waters, and this represents a real challenge to the quality of this resource. To remove these species, advanced treatment technologies are required. Among these technologies, Fenton-like and photo-Fenton-like processes have been investigated for the removal of pollutants from water. Delicate aspects of photo-Fenton processes are that light-driven processes are energy intensive and require a fair amount of chemical inputs, which strongly affects their overall environmental burdens. At present, aside from determining the efficiency of the processes to remove pollutants of a particular technology, it becomes fundamental to assess also the environmental sustainability of the overall process. In this work, the methodology of the life cycle assessment (LCA) was applied to identify the hotspots of using magnetite particles covered with humic acid (Fe3O4/HA) as a heterogeneous photo-Fenton catalyst for water remediation. The sustainability of the overall process was considered, and a comparative LCA study was performed between H2O2 and persulfate activation at different pH. The addition of humic substances to the particles allows the effectiveness of the catalyst to improve without increasing the environmental impacts; these processes are strongly correlated with energy consumption and therefore with the efficiency of the process. For this reason, working at acidic pH allows us to contain the impacts.