Treatment of waters and wastewaters for the removal of micropollutants by using new photocatalytic and adsorptive materials
Authors: Μαλέσιτς-Ελευθεριάδου Νέντα 
Published: August 2023

Κύριος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της απομάκρυνσης φαρμακευτικών μειγμάτων από υδατικά δείγματα, χρησιμοποιώντας την προσρόφηση και την ετερογενή φωτοκατάλυση ως δύο σύγχρονες και φιλικές προς το περιβάλλον τεχνικές. Επιπλέον, το κύριο αντικείμενο ήταν η εφαρμογή προσροφητικών και φωτοκαταλυτικών υλικών προσφάτως συντιθέμενων, βιοβασικών ή ανακυκλώσιμων για το σκοπό αυτό, και ο έλεγχος της επαναχρησιμοποίησής τους. Σε αυτή τη γραμμή, η παρούσα διατριβή χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, χρησιμοποιούνται τρεις διαφορετικοί τύποι συνθετικών υλικών για την προσρόφηση διαφόρων φαρμακευτικών κοκτέιλ από υδατικά δείγματα. Ένα νέο πλωτό, υποστηριζόμενο από πολυμερές διπολικό παράγωγο CS-MEDSP, με βάση το CS, προτείνεται για πρώτη φορά ως υποστηρικτικό πολυμερές για την απομάκρυνση ενός μείγματος πέντε αντιφλεγμονωδών ουσιών από την υδατική φάση. Η άλλη ομάδα προσροφητικών περιελάμβανε υλικά ενεργού άνθρακα με φλούδες πορτοκαλιού, που χρησιμοποιούνται επίσης για πρώτη φορά για την αφαίρεση της ίδιας ομάδας ΜΣΑΦ, ενώ η τρίτη ομάδα περιελάμβανε υλικά βιολογικής βάσης χιτοζάνης/πολυβινυλικής αλκοόλης με αυξανόμενη ποσότητα γραφενίου οξείδιο και ανηγμένο οξείδιο του γραφενίου. Τα τελευταία συντιθέμενα υλικά χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση φαρμακευτικού μείγματος ΜΣΑΦ, αντιυπερτασικών και αντιεπιληπτικών. Με βάση τα παραπάνω, οι κύριοι στόχοι του πρώτου μέρους της διατριβής ήταν η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας προσρόφησης ελεγμένων προσροφητικών για την ταυτόχρονη απομάκρυνση ορισμένων μιγμάτων από υδατικά διαλύματα, η οποία περιελάμβανε αξιολόγηση του επίδραση του pH, μοντελοποίηση κινητικής, ισόθερμες, θερμοκρασία (με μελέτη της θερμοδυναμικής της διαδικασίας προσρόφησης), της εκρόφησης και της επαναχρησιμοποίησης των ελεγμένων υλικών. Στο δεύτερο μέρος της διπλωματικής εργασίας προτάθηκε η ετερογενής φωτοκατάλυση με φωτοκαταλύτη TiO2. Προκειμένου να ξεπεραστεί το ζήτημα του TiO2 που απαιτεί ένα στάδιο μετά τον διαχωρισμό όταν χρησιμοποιείται σε εναιώρηση, δύο διαφορετικές υποστηρικτικές ομάδες υλικών χρησιμοποιούνται για την ακινητοποίηση του TiO2 και για την εφαρμογή τους για φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση του μείγματος αντιβιοτικών από υδατικά δείγματα. Το πρώτο παρασκευασμένο υλικό, το ανακυκλωμένο πολυ(τερεφθαλικός αιθυλενεστέρας) (PET) έχει χρησιμοποιηθεί και αξιολογηθεί ως υποστηρικτικό πολυμερές για την ακινητοποίηση Aeroxide P25 TiO2. Η άλλη ομάδα περιελάμβανε ένα νέο νανοσύνθετο φιλμ οξειδίου του γραφενίου (GO)–TiO2 που υποστηρίζεται από πολυμερές, με βάση το πολυ(L-γαλακτικό οξύ), ως ένα από τα πλέον δημοφιλέστερα και υποσχόμενα βιοπροερχόμενα πολυμερή παγκοσμίως. Το επιλεγμένο μείγμα περιελάμβανε 9 αντιβιοτικά και οι κύριοι στόχοι ήταν η αξιολόγηση της κινητικής της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης των αντιβιοτικών και η δοκιμή αποτελεσματικότητας νεοσυντιθέμενων φωτοκαταλυτών για την απομάκρυνση των δοκιμασμένων μιγμάτων από τα υδατικά δείγματα. Αξιολογήθηκε επίσης η επίδραση της φόρτισης TiO2 στην επιφάνεια των χρησιμοποιούμενων υλικών χρησιμοποιώντας διαφορετικές συγκεντρώσεις TiO2 και επαναχρησιμοποίηση παρασκευασμένων φωτοκαταλυτών. Στο τέλος, διενεργήθηκε δοκιμή τοξικότητας (δοκιμή τοξικότητας Daphnia) του κατεργασμένου μείγματος και μελέτες ανοργανοποίησης. Η σύνθεση και η μορφολογία όλων των υλικών που δοκιμάστηκαν αξιολογήθηκαν πριν και μετά τη διεξαγωγή όλων των πειραμάτων, ενώ για την ανίχνευση όλων των ενώσεων χρησιμοποιήθηκε ένα εξαιρετικά υψηλής απόδοσης και υγρό σύστημα χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας. Όλα τα ελεγμένα υλικά αποτελούν ένα πολλά υποσχόμενο πεδίο για περαιτέρω εξερεύνηση λόγω του χαμηλού κόστους, αλλά και του αποτελεσματικά ανακυκλώσιμου χαρακτήρα τους. Οι πρόσθετες συνεισφορές των χρησιμοποιημένων προσροφητικών είναι οφέλη που μπορεί να προσφέρουν στην κυκλική οικονομία, λόγω της βιολογικής φύσης τους και των δυνατοτήτων ανακύκλωσής τους.