Вода является ключевым природным ресурсом, однако ускоренная индустриализация, рост городов и увеличение объемов производства привели к накоплению в водных объектах широкого спектра органических и неорганических загрязнителей. В этих условиях особое значение приобретают технологии глубокой очистки сточных вод и повышения эффективности повторного водопользования.
Одним из наиболее распространенных направлений интенсификации очистки являются процессы продвинутого окисления (Advanced Oxidation Processes, AOP), основанные на генерации высокоактивных форм кислорода — прежде всего гидроксильных и сульфатных радикалов. Эти частицы обладают высокой окислительной способностью и обеспечивают разложение устойчивых органических соединений до менее токсичных или биологически разлагаемых продуктов. Для активации окислителей и воды в AOP-процессах используются световое излучение, электрическое воздействие, химические реагенты и каталитические системы.
На практике применяются фотокаталитическое и электрокаталитическое окисление, реакции Фентона и Fentonподобные процессы, а также каталитическое озонирование. Вместе с тем данные технологии имеют ряд ограничений. Фотокаталитические системы характеризуются низкой эффективностью использования солнечной энергии и зачастую требуют применения ультрафиолетового излучения с высокими энергозатратами. Реакции Фентона сопровождаются значительным расходом металлических катализаторов и риском вторичного загрязнения, что усложняет их применение в условиях ужесточения экологических и климатических требований.
В последние годы в качестве альтернативного и дополняющего подхода рассматривается пьезокатализ — направление катализа, основанное на использовании пьезоэлектрических свойств материалов для преобразования механической энергии в химическую. В отличие от традиционных AOP-процессов, пьезокатализ позволяет использовать механические воздействия различной природы, включая ультразвук, гидродинамические колебания и вибрации, для генерации активных окислительных частиц.