O Papel dos Nanomateriais e Nanotecnologias no Tratamento de Águas Residuais:uma Análise Bibliométrica

Resumo

Nanomateriais e nanotecnologias (NNs) têm moldado o processo de tratamento de águas residuais de forma inédita. Os métodos bibliométricos são considerados uma luz indispensável para orientar a direção no domínio científico. O presente estudo tem como objetivo investigar o papel dos RNs no tratamento de efluentes com técnicas bibliométricas baseadas em bancos de dados SCI de 1997 a 2016. Os resultados mostraram que China (962), EUA (324) e Irã (140) são os países mais produtivos. A Academia Chinesa de Ciências (149), a Universidade Tongji (49) e o Instituto de Tecnologia Harbin (40) da China são as instituições que mais contribuem. China e EUA desempenharam papéis centrais na cooperação internacional, mas as três principais instituições chinesas exibiram vitalidade limitada na comunicação internacional. Rsc Advances (108) foi o periódico mais produtivo, seguido por Desalination (97) e Desalination and Water Treatment (96). A direção de pesquisa dos NNs no tratamento de águas residuais foi associada a novos NNs. Novos métodos de preparação e nanoestruturas foram um poderoso ímpeto para seu progresso. Nanomateriais como grafeno, nanotubo, nanopartícula magnética e nanopartícula de prata eram pontos importantes neste campo. A aplicação atual e potencial de NNs no tratamento de águas residuais, bem como os desafios, foram revisados ​​com base nos resultados bibliométricos. Este estudo também forneceu aos pesquisadores conselhos voltados para o futuro sobre a seleção de tópicos de pesquisa.

Histórico

Desde que o “nanomaterial” e a “nanotecnologia” foram apresentados, eles têm sido o foco do campo científico, tanto dentro como entre disciplinas. Provavelmente devido ao financiamento de pesquisas contínuas e avanços científicos para o domínio nanométrico, novos NNs promovem o desenvolvimento de áreas como química [1] e ciência dos materiais, medicina e farmacologia [2], eletrônica e fotônica, meio ambiente e energia [3]. Além disso, os NNs também desempenham um papel vital em contribuir para o tratamento de águas residuais devido à sua grande área de superfície e alta reatividade [4, 5].

Com a melhoria cada vez maior do padrão de vida da população em todo o mundo, efluentes massivos representarão sérios desafios e encargos para nossa sociedade [6]. O sistema de tratamento de águas residuais é o ponto de junção entre o esgoto e as fontes naturais de água, como rios, lagos, reservatórios e lençóis freáticos. Consequentemente, a eficácia do sistema de tratamento de águas residuais produzirá um grande impacto na reciclagem da água. Em muitos casos, o tratamento adequado das águas residuais garante a segurança da água potável [7] e a recuperação dos recursos [8]. Portanto, não é exagero fazer da inovação tecnológica uma das principais metas no tratamento de águas residuais. Felizmente, os NNs nos dão mais opções. O tratamento de águas residuais de última geração e o sistema de abastecimento de água que dependem de NNs podem ser altamente eficientes [9], ecologicamente corretos, sem coprodutos [10], bem como economicamente viável [11]. Os NNs fornecem alto desempenho no tratamento de efluentes com principal aplicação de adsorção [12], membranas e processo de membrana [13], fotocatalisador, desinfecção e controle microbiano, sensoriamento e monitoramento [14]. Considerando o fato de que cada vez mais nanopartículas projetadas comercialmente encontrarão um caminho final nas estações de tratamento de águas residuais, alguns pesquisadores têm se preocupado com a possível influência no processo de descarte [15]. Para uma melhor compreensão do papel que os RNs estão desempenhando no tratamento de águas residuais, uma avaliação quantitativa e qualitativa é necessária para diretrizes científicas.

Nos últimos anos, o método bibliométrico foi identificado como uma nova estratégia para descobrir pontos úteis com rapidez e exatidão a partir de informações massivas. Ele pode ser usado para avaliar o desenvolvimento de um domínio matematicamente durante um determinado período. Zyoud et al. [16] ofereceu orientação para pesquisas futuras sobre a toxicidade do lítio, estudando publicações relativas por quase um século com o método bibliométrico. Zhang et al. [17] fizeram uma análise bibliométrica da pegada hídrica e descobriram que fatores como o nexo água-alimento-energia e o mecanismo de variação da pegada hídrica promoveram o desenvolvimento desse campo. Yataganbaba et al. [18] introduziram medidas bibliométricas em materiais de mudança de fase e assuntos de encapsulamento e forneceram percepções para pesquisas futuras. O CiteSpace é projetado como um software de visualização do domínio do conhecimento [19]. E os conceitos centrais desta ferramenta são detecção de burst, centralidade de intermediação e redes heterogêneas [20]. Além disso, pode apresentar os resultados em um formato visual de fácil compreensão por meio dos diagramas [21]. Como resultado das razões acima, CiteSpace está ganhando cada vez mais prevalência entre os pesquisadores científicos [22, 23].

Dado o crescimento exponencial da significância e do número de publicações, uma análise crítica de seu estudo passado, atual e futuro é urgente. Este artigo tenta investigar o desenvolvimento de NNs em estudos científicos relacionados ao tratamento de águas residuais de 1997 a 2016 com a técnica combinada de bibliometria e método CiteSpace.

Métodos

Fontes de dados

A Web of Science Core Collection cobre a maioria dos periódicos importantes e é amplamente aplicada em uma variedade de campos científicos [24, 25]. Para obter informações qualificadas sobre o tópico de NNs no tratamento de águas residuais, nossa fonte de dados foi recuperada do banco de dados Science Citation Index Expanded (SCI). Visando registros confiáveis ​​e precisos, “nano *” e “tratamento de esgoto” ou “tratamento de águas residuais” ou “disposição de esgoto” ou “disposição de águas residuais” foram utilizados como estratégia de busca. A busca foi realizada em 30 de junho de 2017, e as publicações foram selecionadas no período de 1997 a 2016. Em seguida, 2.604 registros foram coletados.

Análise Bibliométrica

Bibliometria é uma técnica abrangente relacionada a métodos matemáticos e estatísticos para descobrir a distribuição, variação e relações de publicações quantitativamente com base em bancos de dados públicos [26]. Com as informações válidas divididas, uma análise mais aprofundada das características da literatura e do conhecimento subjacente será possível.

A análise de redes sociais é uma ferramenta útil para a representação e análise de dados relacionais [27]. Ele fornece um método de medição quantitativa em vários relacionamentos entre diferentes papéis sociais. Geph é um software predominante para análise de redes sociais [28]. E neste estudo, será aplicado para mostrar as redes de cooperação entre os principais países / territórios e institutos produtivos.

Análise de visualização

A análise de visualização refere-se à apresentação de uma grande quantidade de dados em um mapa por várias ferramentas de modelagem de rede [23]. No estudo a seguir, CiteSpace será usado para o estudo de palavras-chave concomitantes. E o ArcGIS será empregado para ilustrar a distribuição das instituições em todo o mundo.

Resultados e discussão

As características das publicações de pesquisa

De 2.604 registros sobre NNs no tratamento de águas residuais, “Artigo” foi responsável por 91,90% (2.393 registros), enquanto o Artigo de Revisão e Procedimento contribuiu com cerca de 7,45% (194 registros) e 5,45% (142 registros), respectivamente. Os registros de outros tipos representaram menos de 1%, incluindo resumo de reunião, capítulo de livro, notícia, material editorial e correção. Neste artigo, apenas o artigo é mais estudado.

A impressão dos artigos em inglês foi de 98,96% do total de registros, depois em chinês 0,71%. A proporção de todas as outras cinco línguas, incluindo francês, alemão, malaio, polonês e espanhol, era inferior a 0,4%. Considerando que muitos autores chineses participaram da pesquisa de NNs em tratamento de águas residuais, tanto artigos ingleses quanto chineses são considerados.

Conforme observado na Figura 1, o histograma mostra as variações dos artigos relacionados aos NNs no tratamento de águas residuais entre 1997 e 2016. O primeiro período de 5 anos testemunhou um baixo nível de número de publicações, com uma média de 5 por ano. Entre 2002 e 2006, o número médio de publicações foi de cerca de 25, apenas cinco vezes o período anterior. Após um aumento constante de 48 em 2007 para 74 em 2009, o recorde de publicação anual ultrapassou 100 e atingiu 138 em 2011. Durante os próximos 5 anos, o ritmo de publicação aumentou rápida e substancialmente. Portanto, revela que este tema tem despertado um interesse crescente no meio científico. As curvas de ajuste da Fig. 1 deram uma ideia do crescimento exponencial neste domínio. E a relação exata entre o ano (x) e o número de publicação (y) foi listada com uma forma matemática. Isso garante que a pesquisa sobre NNs no tratamento de águas residuais continuará a ser um tema quente nos próximos anos.

O número de publicação anual dos seis principais países produtivos durante 1997–2016. TP:número total de publicações. O número após o país é o total de publicações deste país neste campo no intervalo de tempo

O gráfico de linha na Figura 1 mostra o desempenho da produção anual de publicações dos seis países mais produtivos. Embora com baixo nível de publicação, os Estados Unidos desempenharam um papel de pioneiro nessa área durante a primeira década em geral. Depois disso, o número de publicações na China experimentou e manteve um crescimento robusto na década seguinte e assumiu a posição de liderança com 962 artigos. Isso se deve ao Esboço Nacional para o Plano de Desenvolvimento de Ciência e Tecnologia de Médio e Longo Prazo (2006-2020), que levou o nanomaterial ambiental e a nanotecnologia a uma localização estratégica. A tendência de crescimento também foi observada nos EUA, embora de forma bem mais branda. No final de 2016, os EUA tinham uma publicação total de 324. No entanto, o número de artigos sobre NNs no tratamento de águas residuais pelo Irã (140), Índia (105), Coreia do Sul (104) e Espanha (101) não exibir um aumento claro até os últimos 5 anos. E uma lacuna distinta pode ser observada entre eles com os dois principais países. Como resultado, pode-se ilustrar que os países altamente produtivos contribuíram para o desenvolvimento geral deste domínio.

A contribuição dos países / territórios

O endereço e as afiliações anexados a cada registro podem ser considerados informações eficazes para a avaliação de países / territórios e institutos. Como os endereços dos autores estão faltando, apenas 2.391 artigos foram aplicados para análise nesta seção. Ao longo das duas décadas, 83 países / territórios tiveram registros de publicação de NNSs no tratamento de águas residuais. E os 20 principais países / territórios responderam por 83,95% do total de publicações.

Na Tabela 1, os 20 países / territórios mais produtivos foram classificados de acordo com seus registros de publicação, o número e a porcentagem de publicações sem e dentro de colaboração internacional, o número de publicações publicadas pelo primeiro autor e autor correspondente e informações do índice h. Em todos os quesitos, a China mostrou vantagem sobre os EUA, segundo país produtivo da lista. Foi notável que os EUA obtiveram uma colaboração considerável e desempenho de índice h, com apenas um terço do número de publicações da China. Considerando que o índice h poderia ser usado como um indicador para medir tanto o impacto quanto a quantidade de registros de publicações, ele indicou que os EUA possivelmente tinham uma proporção maior de publicações de alta qualidade do que a China. Comparado com os EUA, o Irã ficou distintamente para trás em todos os aspectos. E no que diz respeito à classificação de colaboração e índice h, o Irã apenas ficou em vigésimo e décimo primeiro lugar, respectivamente. Com exceção da China e dos EUA, a Austrália, com o sétimo lugar no número total de publicações, apresentou mais atividades do que qualquer outro país. Embora não demonstrando superioridade no número total de publicações, Austrália, Cingapura, Alemanha e Canadá obtiveram classificações do índice h relativamente mais altas.

A análise de rede social foi então aplicada para analisar as relações de coautoria entre os 30 principais países / territórios produtivos. E os resultados são exibidos na Fig. 2. Notavelmente, os EUA e a China trabalharam mais intimamente entre todos os países / territórios. Eles produziram 66 publicações em coautoria. Além disso, a cooperação entre China e Hong Kong, Arábia Saudita e Reino Unido também foi notável. Ao contrário da China, que mantinha uma cooperação relativamente intensa com determinados países / territórios, os EUA mantiveram a conexão com uma gama maior de países / territórios, embora com menor densidade.

A rede de cooperação dos 30 principais países / territórios produtivos

A contribuição e distribuição dos institutos

Segundo informações dos endereços dos autores, 1.871 instituições têm demonstrado interesse por RNs no tratamento de efluentes. E arquivo adicional 1:A Figura S1 ilustrou todas as instituições recuperadas em todo o mundo. As áreas com alta densidade de distribuição vieram principalmente de três regiões econômicas principais, a saber, Europa, Leste Asiático e América do Norte. A Europa teve o maior número de instituições, seguida pelo Leste Asiático e pela América do Norte, respectivamente.

Conforme listado na Tabela 2, cerca de dois terços dos 30 principais institutos eram da China e dois de Cingapura, um do Irã, Malásia e EUA. A Academia Chinesa de Ciências contribuiu com a maioria das publicações nesta área (149), seguida pela Universidade de Tongji (49) e o Instituto de Tecnologia Harbin (40). Mais da metade do total de artigos (54,75%) envolveu colaborações multi-institucionais. A classificação do número de publicação quanto ao instituto do primeiro autor, correspondente e instituto do autor estavam de acordo com o número total de publicações em geral. Embora tenha sido digno de nota que a Zhejiang University e a Arizona State University, não tendo um desempenho notável no número total de publicações, ficaram em oitavo e nono lugar no país do primeiro autor e no país do autor correspondente, respectivamente. Em termos de classificação do índice h, a Academia Chinesa de Ciências manteve o primeiro lugar. No entanto, a Universidade Nacional de Cingapura, a Universidade Tonji, a Universidade Jiao Tong de Xangai e a Universidade Tecnológica de Nanyang com várias classificações tiveram índice h semelhante (16 ou 17).

Conforme mostrado no arquivo adicional 1:Figura S2, a Academia Chinesa de Ciências da China e a Universidade de Ciência e Tecnologia da China tinham uma forte relação de cooperação. Vale a pena notar que uma grande proporção da colaboração foi entre instituições chinesas. Como centro da rede, a Academia Chinesa de Ciências tinha parcerias com quase todas as instituições nacionais, mas comunicação limitada com o exterior. Além disso, o Harbin Institute of Technology, na China, também cooperou bem com outros seis institutos. Além disso, a ETH, a Suíça e a Arizona State University, a Islamic Azad University e a University Teknol Malaysia mostraram colaboração apenas entre si, mas perderam a conexão com toda a rede de cooperação. Foi necessário salientar que a Duke University dos EUA não foi encontrada na Figura 3. Isso significa que ela não cooperou com o resto das 30 instituições principais.

A rede de cooperação das 30 principais instituições produtivas

A publicação anual dos cinco principais institutos produtivos ao longo das duas décadas ilustrada no arquivo adicional 1:Figura S2. Antes de 2005, quase nenhum registro de publicação foi encontrado entre esses cinco principais institutos. Desde então, o número de publicações cresceu rapidamente, apesar da flutuação óbvia em alguns anos. Foi no ano de 2011 que a Academia Chinesa de Ciências deu um passo gigantesco e ultrapassou outros quatro institutos. Depois disso, manteve uma taxa de crescimento mais elevada e ocupou o primeiro lugar nos últimos 5 anos. A tendência entre esses cinco institutos mais produtivos sugere que esse campo tem se tornado cada vez mais o foco da atenção dos pesquisadores em todo o mundo.

A distribuição de categorias de assuntos e periódicos

Todos os artigos recuperados são divididos em 44 categorias de assuntos. Conforme listado na Tabela 3, a engenharia ficou em primeiro lugar com 1.069 registros, seguida pela química com 757 registros e ciências ambientais e ecologia com 702 registros respectivamente. Conforme ilustrado no Arquivo adicional 1:Figura S3, o número das seis principais categorias de assuntos produtivos subiu continuamente, depois de apenas crescer durante o primeiro período de 5 anos. Antes de 2015, a engenharia cresceu em um ritmo relativamente alto e ocupou um lugar de liderança continuamente. No entanto, a química mostrou um crescimento impressionante após 2011 e tirou vantagem das ciências ambientais e ecologia e da engenharia em 2014 e 2016, respectivamente. A possível razão foi que os pesquisadores perceberam a importância do mecanismo químico do comportamento dos NNs no tratamento de águas residuais. O aumento consistente das ciências ambientais e ecológicas e dos recursos hídricos implicou no importante e potencial efeito dos NNs na área ambiental. A prosperidade da engenharia, ciência dos materiais e ciência e tecnologia - outros tópicos talvez devido aos NNs emergentes.

Os 2393 artigos estão divididos em 449 periódicos. E conforme listado na Tabela 4, a contribuição dos 20 principais periódicos para todas as publicações foi de 47,20%. Rsc Advances, um periódico abrangente para ciências químicas, foi o periódico mais produtivo com 108 registros, seguido por Desalination e Desalination and Water Treatment com 97 e 96 respectivamente. Desfrutando de uma reputação muito elevada no domínio do meio ambiente em todo o mundo, a Ciência e Tecnologia Ambiental ficou em sétimo lugar com 76 registros. Isso implica que os NNs estão cada vez mais preocupados com as questões ambientais. Além disso, era óbvio que a maioria dos periódicos listados na Tabela 4 tinha um alto valor de fator de impacto (FI), com 65% variando de 4,2 a 9,5. Em geral, o FI é considerado um indicador eficaz da qualidade de um periódico [29]. Portanto, sugeriu a prevalência deste tópico entre cientistas proeminentes.

Arquivo adicional 1 A Figura S4 mostra o desempenho de publicação dos cinco principais periódicos. Claramente, os últimos 2 e 3 anos testemunharam as tendências crescentes de Rsc Advances e dessalinização e tratamento de água. A dessalinização, no entanto, sofreu uma queda acentuada em 2012 e manteve um nível ainda mais baixo depois do que no período de 2005 a 2010. Além disso, os outros quatro periódicos aumentaram em flutuação ao longo de todo o período. Ele demonstrou que a pesquisa de NNs no tratamento de águas residuais tem se desenvolvido amplamente em um estudo cruzado.

Os principais campos de pesquisa

As palavras-chave de um artigo podem oferecer pontos eficazes relacionados às suas ideias principais. A detecção de bursts no CiteSpace pode recuperar palavras-chave de bursts como sinais de tendências emergentes de NNs no tratamento de águas residuais [30]. Nesta seção, apenas 2.386 registros foram analisados, pois outros 7 registros eram inválidos com informações incompletas.

Uma rede visualizada na linha do tempo com base em palavras-chave é mostrada na Fig. 4. As cores do círculo e da linha na rede correspondiam a anos consecutivos no topo da própria figura. Cada ponto representou um nó na rede. E os nós são palavras-chave. As linhas entre os nós sugerem links co-ocorrentes. É necessário enfatizar que os nós de destaque com campos de pesquisa significativos são marcados com bordas roxas. E uma guarnição roxa mais espessa sugere uma maior frequência de coocorrência [31]. Notavelmente, adsorção (430), degradação (306), nanofiltração (264), osmose reversa (132), membrana (130), TiO ₂ (183), fotocatálise (124), ultrafiltração (114), r emoval (461) e nanocompósito (157) foram palavras-chave de alta frequência que apareceram em um estágio anterior. Enquanto, nanotubo de carbono (120), sorção (96), TiO ₂ nanotubo (72), degradação fotocatalítica (71), fotocatalisador (55), nanopartícula de prata (103), composto (139), síntese hidrotérmica (34), óxido de grafeno (60), grafeno (43), lodo de esgoto (37), transformação (34) e nanopartículas magnéticas (33) foram palavras-chave usadas com frequência recentemente. Demonstrou que eram focos de pesquisa dos NNs no tratamento de águas residuais.

Visualização da linha do tempo de uma rede relacionada a palavras-chave simultâneas

Explosão de palavras-chave é um indicador eficaz de hotspot de pesquisa na área discutida [22]. O burst de palavras-chave sugere que uma determinada palavra-chave está em contato com um número cada vez maior de outras palavras-chave e tem obtido grande atenção do meio científico. A Tabela 5 listou as 20 principais palavras-chave com os surtos mais fortes de 1997 a 2016. O ano na última coluna representou o determinado período de um surto de palavras-chave. Um grande número de palavras-chave começou a surgir desde 1998. E as três principais mais fortes foram nanofiltração , r osmose everse e ultrafiltração com longo período de explosão de 14, 10 e 13 anos, respectivamente. Fazendo nanofiltração , por exemplo, a explosão começou em 1998 e terminou em 2011. Significou nanofiltração recebeu atenção especial e costumava ser um ponto de acesso de pesquisa no curso de 1998 a 2011. Geralmente, o período de bursts de palavras-chave mostrou-se de acordo com os resultados da Fig. 4. Da mesma forma com palavras-chave de alta frequência, a maioria dos bursts de palavras-chave era sobre o nanotecnologia de núcleo de purificação de água e a aplicação de NNs. Além disso, as explosões mais recentes de palavras-chave foram composta , grafeno , e lodo de esgoto . Isso pode sugerir que nanomateriais compostos e grafeno são tendências emergentes. Enquanto isso, o escopo dos estudos de NNs está se estendendo à pesquisa de lodo de esgoto.

Os artigos mais citados

As publicações mais citadas também são índices úteis para demonstrar o interesse de pesquisa e o ponto forte de um campo científico [32]. As 10 publicações mais citadas durante o intervalo de tempo, bem como as 3 principais em cada 3 anos, foram todas listadas na Tabela 6. Ciência e tecnologia ambiental e pesquisa de água foram os periódicos mais prevalentes para os 10 artigos mais citados, com 5 e 3 em cada, respectivamente. Os EUA contribuíram mais para todas as citações listadas, e a China veio a ser o segundo.

Ao analisar as citações, descobriu-se que o uso de vários NNs para a remoção de contaminantes de águas residuais tem sido consistentemente mantido como um campo quente. O desenvolvimento e a aplicação de novos nanomateriais foram assuntos populares entre todos os artigos mencionados. Em geral, os hotpots encontrados de acordo com publicações altamente citadas mostraram tendência semelhante à da parte 3.5. E isso era especialmente óbvio em termos de artigos altamente citados nos últimos 3 anos. Dos nove artigos, quatro estudos foram baseados em grafeno utilização no tratamento de águas residuais. Além disso, nanopartículas magnéticas , nanotubos de carbono , e s nanopartículas de prata também foram listados nos cinco papéis à esquerda. Além disso, deve-se notar que os efeitos negativos dos nanomateriais para os seres humanos e para o meio ambiente também têm atraído a preocupação dos pesquisadores. Isso sugeriu que os pesquisadores têm considerado os nanomateriais de forma racional, apesar da evolução que eles vêm trazendo para a nossa sociedade.

Aplicação atual e potencial de NNs no tratamento de águas residuais

Adsorção, filtração por membrana e detecção e detecção foram quatro focos em 3.4-3.6 com base na análise bibliométrica. Foi baseado nas funções principais dos NNs no tratamento de águas residuais. Embora a contaminação da água crescente e emergente de fontes numerosas, o mecanismo que recorremos para a eliminação de problemas variou pouco. Assim, revisamos criticamente o presente e o futuro dos RNs das quatro categorias mencionadas acima. O risco potencial de NNs não foi elaborado aqui para transcender o domínio do aplicativo.

Adsorção

A adsorção foi uma escolha preferida em relação a outras estratégias de água por sua simplicidade de operação e a universalidade para contaminantes orgânicos e inorgânicos comuns [33]. Nanoestruturas dependentes de tamanho garantiam vantagens inerentes aos nanomateriais em áreas de superfície específicas comparáveis ​​ou locais ativos, que eram gargalos de longa data para os adsorventes convencionais. Nanoadsorventes à base de carbono, normalmente aerogéis de carbono [34], nanotubos de carbono (CNTs) [35], grafeno [36] e seus estados de hibridização [37] foram promissores para o tratamento de águas residuais e seu excelente desempenho para metais pesados ​​e orgânicos a remoção de contaminantes foi demonstrada de maneira geral. Para a hidrofobicidade de sua superfície grafítica, os nanoadsorventes à base de carbono formaram agregados soltos, o que reduziu a área de superfície efetiva e aumentou a energia de adsorção. Embora grupos funcionais ou nanopartículas de óxido de metal tenham sido introduzidos para eliminar esta desvantagem, sua recuperação completa da água após o processo de adsorção permaneceu como um custo operacional [38]. A regeneração e reutilização de nano-adsorventes à base de carbono podem ser alcançadas reduzindo o pH aquoso [39]. A capacidade de adsorção era relativamente estável após a regeneração. Embora um progresso impressionante tenha ocorrido nos últimos anos, as etapas de produção e purificação muitas vezes introduziram contaminantes e impurezas e até mesmo causaram a degradação da estrutura. Além disso, a síntese de nanopartículas de carbono com uma rede porosa desejada ou homogênea ainda é um grande desafio para todas as pesquisas na área.

Na forma de pó, os nanoadsorventes são facilmente integrados aos processos de tratamento existentes em quaisquer reatores de lama relacionados ao processo de mistura. Enquanto uma tecnologia de separação combinada é necessária para separar e recuperar os nano-adsorventes. Algumas melhorias foram feitas para fixar as nanopartículas em grânulos / grânulos para formar um sistema nano-carregado. O processo de separação adicional pode ser omitido nas circunstâncias, problemas sobre limitações de transferência de massa e perda de carga, no entanto, irão surgir.

Filtração por membrana

Como um constituinte comum do sistema de tratamento de água e esgoto, os processos de membrana foram divididos em microfiltração (MF), ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF) com base em seu tamanho [40]. Uma vez que a parte principal dos processos de membrana era o material de filtração, os NNs estavam contribuindo para processos de filtração de água mais eficientes (membranas de nanofibras, membranas de nanocompósitos, membranas de nanocompósitos de filme fino (TFN)) [40]. O alto consumo de energia, a redução do tempo de vida e a falha de filtração devido ao entupimento da membrana foram os principais desafios dos processos de membrana. Membranas modificadas com nanomateriais funcionais foram consideradas uma oportunidade promissora para enfrentar esse dilema. Ao decorar com nanopartículas inorgânicas, como alumina [41], sílica [42], zeólita e TiO [43], a hidrofilicidade da membrana [44] foi aumentada para evitar incrustação. A membrana TFN, um novo conceito do grupo de pesquisa de Hoek, foi iniciada incorporando nanopartículas de zeólita NaA dentro da camada de poliamida para formar a membrana composta [45]. E um aumento significativo no fluxo da membrana foi alcançado em comparação com a membrana TFC comum [45]. No entanto, um estudo significativo sobre como os nanomateriais melhoram as características da camada de poliamida da membrana TFN era esperado neste campo. E o nano-Ag também foi adicionado às membranas poliméricas para prevenir a formação de biofilme [46] e matar os vírus [47] na superfície da membrana. TiO ₂ nanomateriais à base de nanomateriais e nanopartículas de catalisador metálico / bimetálico, como ferro nano zero-valente (nZVI), foram catalisadores comuns para a degradação de contaminantes, portanto, incorporá-los às membranas efetivamente aliviaria a retenção de resíduos.

Sensor e detecção

Um grande número de compostos orgânicos sintéticos, como PAHs, PCB e PBDEs, causou poluição da água em uma concentração extremamente baixa. Um grande desafio para o tratamento de águas residuais foi detectá-los e detectá-los com rapidez e precisão. Para muitos, os nanomateriais eram excelentes adsorventes; eles concentraram a poluição para atingir o limite de detecção. Os CNTs têm sido usados ​​em amostras reais de água para detecção de compostos orgânicos [48]. Au-TiO ₂ nanocompósito mostrou boa linear com inseticidas organofosforados (OPs) em nível de 1,0 ng / ml [49]. Matriz de nanotubos multifuncional baseada em TiO ₂ foi usado para detectar o herbicida 4-clorofenol (4-CP), ácido diclorofenoxiacético (2,4-D) e metil-paration (MP) [50]. Patógenos e vírus também foram considerados uma ameaça de longo prazo nas águas residuais. Devido às grandes proporções de superfície / volume em dispositivos de tamanho nanométrico, os nanobiossensores dependentes de NNs eram rápidos e oportunos em alguns patógenos e diagnóstico de vírus. Pontos quânticos [51], nanotubos de carbono [52], óxido de grafeno [53], sílica [54] e nanopartículas de metal [55, 56] foram uma base sólida para tecnologias de sensor e detecção. Os desafios atuais visam eliminar a detecção falsa de patógenos e vírus em amostras complicadas de águas residuais. Além disso, a pesquisa e o desenvolvimento de detectores portáteis e reutilizáveis ​​também serão um esforço criativo.

Conclusões

Técnica bibliométrica foi aplicada para investigar o desenvolvimento de NNs no tratamento de águas residuárias. O número de publicações experimentou um aumento exponencial durante as duas décadas examinadas. A China foi o país mais produtivo e respondeu por 40,22% (962) do total de artigos com o maior índice h (62). No entanto, os EUA, com apenas um terço do número de publicações da China, alcançaram um índice h aproximado (55). Além disso, a China e os EUA também obtiveram vantagens avassaladoras sobre outros países / territórios na colaboração internacional. E relações de cooperação mais fortes foram observadas entre eles. A Academia Chinesa de Ciências teve a capacidade de colaboração mais forte, mas mostrou comunicação limitada com instituições estrangeiras.

Graphene, nanotube, magnetic nanoparticle, and silver nanoparticle are hotpots in recent years. And NNs is developing toward a more detailed and sophisticated classification in spatial structure. Different from traditional NNs, nanocomposites with multicomponent or multi-element emerged with optimization and precise control of processing. Researchers are trying to design nanomaterials rather than to prepare them. However, when it comes to practical application, wider commercialization of NNs is urgently needed. Nanoparticles with hazardous and toxic bring risk to environmental safety and public health. Synchronous recovery technology is urgently needed to eliminate its negative effects and realize resources recycle. Though some NNs have been widely applied in water and wastewater treatment, we are far from making the most of them commercially.

Abreviações

CP:

The number of internationally collaborative publications

FP:

The number of publications as first author’s country

NNs:

Nanomaterials and nanotechnologies

R (%):

The rank (the ratio of the number) of a certain item

R(h-index):

The rank (the value of h-index) of a certain item’s

RP:

The number of publications as corresponding author’s country

SP:

The number of single country publications

TP:

The number of total publications

Um método conveniente e eficaz para depositar filme fino de baixa densidade nc-Si:H da PECVD Dependência da espessura nas propriedades interfaciais e elétricas na camada atômica AlN depositado no plano c GaN