Σύμφωνα με τα ευρήματα που παρουσιάζονται στην Έκθεση Παγκόσμιας Ανάπτυξης των Υδάτων (2020), η προστασία των υδάτινων πόρων στο πλαίσιο της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής έχει καταστεί βασικό μέλημα στις σημερινές εξέχουσες παγκόσμιες προκλήσεις. Επί του παρόντος, τα φυσικά υδάτινα οικοσυστήματα είναι ευάλωτα σε μια σειρά επικίνδυνων χημικών και βιολογικών ουσιών που προέρχονται από διάφορες προελεύσεις, όπως η κοινωνία των πολιτών, ο δημόσιος τομέας και κυρίως η βιομηχανία.

Πολλαπλοί τομείς, συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, της κλωστοϋφαντουργίας, των φαρμακευτικών προϊόντων, της παραγωγής χαρτιού, της εκτύπωσης, των καλλυντικών, καθώς και της παραγωγής τροφίμων, παράγουν σημαντικό όγκο λυμάτων που περιέχει μια ποικιλία οργανικών ρύπων, συμπεριλαμβανομένων βαφών, με αποτέλεσμα τη μόλυνση. Σε ό,τι αφορά τον τομέα της κλωστοϋφαντουργίας, υπολογίζεται κατά προσέγγιση ότι περίπου 200.000 τόνοι βαφής απελευθερώνονται σε υδρόβια σώματα ετησίως κατά τη διάρκεια των διαδικασιών βαφής, κυρίως λόγω αναποτελεσματικότητας στη διαδικασία εφαρμογής βαφής. Ακόμη και σε συγκεντρώσεις χαμηλότερες από 1 mg/L, αυτές οι βαφές συμβάλλουν στον χρωματισμό των βιομηχανικών λυμάτων, διαταράσσουν τη διείσδυση του ηλιακού φωτός στα υδατικά συστήματα και διαταράσσουν την ισορροπία των διαδικασιών ευτροφισμού.

Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται διάφορες τυπικές τεχνικές επεξεργασίας, συμπεριλαμβανομένων μεθόδων όπως η χημική καθίζηση, ο διαχωρισμός, η προσρόφηση και η πήξη. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι συχνά οδηγούν σε ατελή αποσύνθεση των βαφών και απλώς μετατρέπουν τους ρύπους από τη μια φάση στην άλλη, με αποτέλεσμα τη δημιουργία δευτερογενών ρύπων που απαιτούν περαιτέρω διαχείριση. Σήμερα, αυξημένη προσοχή στρέφεται στις προηγμένες διεργασίες οξείδωσης (AOPs), οι οποίες χρησιμοποιούν ημιαγώγιμα υλικά ως βιώσιμο υποκατάστατο των παραδοσιακών προσεγγίσεων. Οι προαναφερθείσες διαδικασίες προσφέρουν πολλά οφέλη, όπως μειωμένες απαιτήσεις εξοπλισμού, αδιάκριτη οξείδωση, απλός λειτουργικός έλεγχος, οικονομική αποδοτικότητα και πλήρης μετατροπή οργανικών βαφών σε αβλαβή υποπροϊόντα. Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό των AOPs είναι η παραγωγή αντιδραστικών παραγόντων όπως το oOH, που διευκολύνουν την ταχεία και μη εκλεκτική οξείδωση των οργανικών ρύπων. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι η ετερογενής φωτοκατάλυση, που χρησιμοποιεί νανοϋλικά με βάση οξείδια, τα οποία αποδεικνύονται αποτελεσματικά στην εξάλειψη των υδατοδιαλυτών οργανικών ρύπων τόσο από το νερό όσο και από τα λύματα υπό έκθεση στο φως.

Οι ημιαγωγοί οξειδίων μετάλλων διαθέτουν αξιοσημείωτες ικανότητες προσρόφησης και χρησιμεύουν ως αποτελεσματικοί καταλύτες, λόγω της αυξημένης αντιδραστικότητας, της αυξημένης φωτοευαισθησίας, της εκτεταμένης ειδικής επιφάνειας, της οικονομικής απόδοσης, της έλλειψης τοξικότητας και της ενισχυμένης καταλυτικής αποτελεσματικότητας στη φωτοαποδόμησή τους.

Για τη βελτιστοποίηση μιας πειραματικής διαδικασίας εφαρμόζονται διάφορες μέθοδοι. Η στατιστική μέθοδος Taguchi, καθώς και η εξόρυξη δεδομένων και η τεχνητή νοημοσύνη, επιλέγονται συνήθως σε περιπτώσεις συνθετικών διαδικασιών υλικών, εξοικονομώντας χρόνο και χρήμα και εξετάζοντας την ερευνητική μελέτη από ηθική και οικολογική άποψη.