Ενεργοποίηση οξειδωτικών μέσων και φωτοκατάλυση με βιοεξανθρακώματα για την επεξεργασία αναδυόμενων ρύπων σε υδατικές μήτρες
Authors: Αβραμιώτης Ευστάθιος 
Published: October 2024

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάστηκαν προηγμένες διεργασίες οξείδωσης για την αποδόμηση φαρμακευτικών ουσιών, όπως αντιβιοτικά και αντιϋπερτασικά, σε υδατικές μήτρες. Η κύρια διεργασία που μελετήθηκε είναι η ενεργοποίηση υπερθειικών αλάτων με βιοεξανθρακώματα για την αποδόμηση αντιβιοτικών, όπου χρησιμοποιήθηκαν τόσο επεξεργασμένα όσο και ακατέργαστα βιοεξανθρακώματα. Εξετάστηκαν και κάποια ακόμα οξειδωτικά μέσα, όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου και το υπερανθρακικό νάτριο, σε σύγκριση με τα υπερθειικά άλατα. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην επίδραση της θερμοκρασίας πυρόλυσης στην απόδοση του βιοεξανθρακώματος. Τα βιοεξανθρακώματα μελετήθηκαν ενδελεχώς ως προς τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες με μια σειρά από χαρακτηρισμούς. Εφαρμόστηκαν οι ισόθερμες ρόφησης – εκρόφησης αζώτου σε θερμοκρασία υγρού αζώτου (BET), η θερμοσταθμική ανάλυση (TGA), η τεχνική περίθλασης ακτινών Χ (XRD), η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) σε σύζευξη με τη φασματοσκοπία διασκορπισμού ενέργειας με ακτίνες Χ (EDX), η φασματοσκοπία υπέρυθρων μετασχηματισμού Fourier (FTIR) και η ποτενσιομετρική τιτλοδότηση μάζας (PMT) σε συνδυασμό με την κατανάλωση H+ από την επιφάνεια ως συνάρτηση του pH.Επίσης, έγινε μια αναλυτική βιβλιογραφική ανασκόπηση της φωτοκαταλυτικής αποδόμησης οργανικών μικρο-ρύπων με σύνθετους φωτοκαταλύτες τιτάνιας – ανθρακούχων υλικών. Ως επιστέγασμα των συμπερασμάτων της, διεξήχθη σειρά πειραμάτων φωτοκατάλυτικής διάσπασης αντιϋπερτασικής ουσίας με προσομοιωμένο ηλιακό φως και καταλύτη τιτάνιας – βιοεξανθρακώματος.Σε όλες τις παραπάνω διεργασίες παρακολουθήθηκαν μια σειρά παραμέτρων που καθορίζουν την απόδοσή τους. Διερευνήθηκε η επίδραση των λειτουργικών παραμέτρων, όπως είναι οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων (οξειδωτικό μέσο, καταλύτης, ρύπος). Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην επίδραση της υδατικής μήτρας, όπως και το αρχικό pH του διαλύματος. Το τελευταίο εξετάστηκε και σε συνδυασμό με το είδος του ρύπου που χρησιμοποιείται κάθε φορά και άρα τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα. Τέλος, επιχειρήθηκε να καθοριστούν τα οξειδωτικά είδη που συμβάλλουν στη διεργασία, όπως και ο ρόλος της προσρόφησης στην επιφάνεια του καταλύτη. Είναι γνωστό ότι η αποδόμηση των οργανικών μικρο-ρύπων δεν συνεπάγεται αυτόματα και την πλήρη οξείδωσή τους, μιας και η οξείδωση τους παράγει μια σειρά από ενδιάμεσα ενδιάμεσα προϊόντα. Επομένως, πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων ανίχνευσής τους και σχετικής ποσοτικοποίησής τους. Στο κομμάτι αυτό, εκτός της ενεργοποίησης των υπερθειικών αλάτων με βιοεξανθράκωμα, μελετήθηκε και η ενεργοποίηση με FeCl2 ή θέρμανση. Τέλος, εκτιμήθηκε η οικοτοξικότητα που παρουσιάζουν τα ενδιάμεσα προϊόντα αυτά σε μία σειρά από ενδεικτικούς υδρόβιους οργανισμούς, όπως ψάρια, το γένος Daphnia και πράσινα άλγη.Βάσει των αποτελεσμάτων που ελήφθησαν, μπορεί να επιχειρηθεί μια σειρά διαπιστώσεων. Τα σύνθετα υλικά άνθρακα/τιτάνιας αποδείχθηκαν ικανά να αποδομούν φωτοκαταλυτικά μια σειρά από αναδυόμενους ρύπους. Συγκεκριμένα, η φωτοκαταλυτική αποδόμηση της λοσαρτάνης με τη χρήση σύνθετου υλικού βιοεξανθρακώματος/τιτάνιας ήταν αρκετά αποδοτική, παρουσιάζοντας βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με την αμιγή τιτάνια. Τα βιοεξανθρακώματα παρουσιάζουν τη δυνατότητα ενεργοποίησης υπερθειικών αλάτων για την αποδόμηση αντιβιοτικών. Υψηλότερες θερμοκρασίες πυρόλυσης αυξάνουν την απόδοση της διεργασίας και ευνοούν μη ριζικές οδούς αποδόμησης. Επίσης, αποδείχθηκε ότι η κατεργασία βιοεξανθρακώματος με KOH αυξάνει την απόδοση αυτή. Τέλος, ανιχνεύθηκαν ενδιάμεσα προϊόντα των διεργασιών οξείδωσης των ρύπων με μεγαλύτερη ή μικρότερη σταθερότητα. Η οικοτοξικότητά τους ήταν άλλοτε μικρότερη και άλλοτε μεγαλύτερη από αυτή τον γονικών ουσιών.