Φωτοχημική και φωτοκαταλυτική αποδόμηση και εκτίμηση της τοξικότητας επιλεγμένων παρασιτοκτόνων και προϊόντων διάσπασή τους
Creators: name: Μπιζάνη, Ερασμία
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Καρδαμιδικά παρασιτοκτόνα
Φωτοκατάλυση
Σύστημα photo-fenton
Διοξείδιο του τιτανίου, TiO2
Προϊόντα μετασχηματισμού
Corbamate pesticides
Photocatalysis
Photo-fenton system
Titanium dioxide, TiO2
Degradation products

description: Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη της αποδόμησης τριών παρασιτοκτόνων της κατηγορίας των καρβαμιδικών, η φωτοκαταλυτική επεξεργασία υδατικών τους διαλυμάτων και η ανίχνευση και ο προσδιορισμός των προϊόντων διάσπασής τους. Μελετήθηκε η αποδόμηση των παρασιτοκτόνων μέσω της υδρόλυσης σε τέσσερα διαφορετικά υδατικά περιβάλλοντα (δισ-απιονισμένο νερό, νερό από δυο διαφορετικούς ποταμούς και λιμναίο νερό) και σε διαφορετικές αρχικές τιμές pH. Επιπλέον, εξετάστηκε η φωτολυτική διάσπασή τους με τη χρήση τεχνητής πηγής ακτινοβολίας, συγκεκριμένα λυχνίας Hg υψηλής πίεσης, τοποθετημένης σε φίλτρο από pyrex, ώστε να δεσμεύεται η ακτινοβολία με μήκη κύματος &lt;290 nm. Η φωτοκαταλυτική επεξεργασία των υδατικών διαλυμάτων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της ετερογενούς φωτοκατάλυσης με τη χρήση διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) και με τη μέθοδο της ομογενούς φωτοκατάλυσης με τη χρήση του συστήματος photo-Fenton (Fe3+ή 2+/H2O2/UV). Όσον αφορά στη μέθοδο της ετερογενούς φωτοκατάλυσης η έρευνα επικεντρώθηκε στα εξής σημεία: I) στην εκτίμηση της κινητικής της αποδόμησης των επιλεγμένων παρασιτοκτόνων, IΙ) στην εξέταση διαφόρων παραγόντων που επηρεάζουν τη διαδικασία διάσπασης των προς μελέτη ουσιών, όπως η συγκέντρωση και ο τύπος του καταλύτη, η αρχική συγκέντρωση των παρασιτοκτόνων, το αρχικό pH των διαλυμάτων και η επίδραση της προσθήκης οξειδωτικών ουσιών στο ρυθμό και την απόδοση της επεξεργασίας, ΙΙΙ) στον καθορισμό και στις παραμέτρους που επηρεάζουν το βαθμό ανοργανοποίησης των ενώσεων που μελετώνται και ΙV) στην εκτίμηση της τοξικότητας της αρχικής ένωσης και των ενδιάμεσων προϊόντων διάσπασης που προκύπτουν κατά τη διεργασία αποδόμησης. Σχετικά με τη μέθοδο της ομογενούς φωτοκατάλυσης με τη χρήση του συστήματος photo-Fenton (Fe3+ή 2+/H2O2/UV), ακολουθήθηκε παρόμοιο σκεπτικό, ενώ οι παράμετροι που εξετάστηκαν αφορούν τη συγκέντρωση των ιόντων σιδήρου, τη συγκέντρωση του οξειδωτικού, το pH, το σθένος των ιόντων σιδήρου και τα ανόργανα ιόντα. Τελικό στάδιο αποτέλεσε η ανίχνευση, ταυτοποίηση και προσδιορισμός των κύριων προϊόντων μετασχηματισμού που προκύπτουν κατά την επεξεργασία των επιλεγμένων παρασιτοκτόνων και με τις δυο φωτοκαταλυτικές μεθόδους που επιλέχθηκαν. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση των ενδιάμεσων προϊόντων που προκύπτουν από τις δύο τεχνικές, ερευνήθηκε και έγινε προσπάθεια να ποσοτικοποιηθεί η εξέλιξη σχηματισμού και διάσπασής τους κατά την πορεία της επεξεργασίας και επιχειρήθηκε η πρόταση ενός πιθανού μηχανισμού διάσπασης των προς μελέτη ουσιών
description: The hydrolytic, photolytic and photocatalytic degradation of three carbamate pesticides were investigated. The photocatalytic methods which were used were heterogeneous photocatalysis in the presence of TiO2 slurry and photocatalysis using variations of the photo-Fenton system. The objectives of the study were: I) to examine the pesticide degradation through hydrolysis and photolysis, II) to study the efficiency of the photocatalytic methods for the oxidation and disappearance of the target compounds, III) to evaluate the kinetics of the photocatalytic oxidation, IV) to examine the effect of various parameters that affect the efficiency and the rate of the oxidative process, V) to evaluate the degree of mineralization of selected pesticides, VI) to investigate the evolution of toxicity during the degradation process and at the end of the treatment and VII) to identify the organic intermediates formed during the oxidative degradation. As far as TiO2 heterogeneous photocatalysis is concerned, complete disappearance of the pesticides is achieved and parameters such as concentration of the catalyst, the pH value and the addition of oxidants affect the degradation rate. The photooxidation of the organic compounds can be described according to the Langmuir-Hinshelwood model. The mineralization of all three pesticides requires higher illumination periods, but can be achieved when aquatic solutions in deionized water are concerned. However, toxicity of the treated solutions is significantly reduced or complete detoxification is achieved in shorter illumination times. Photo-Fenton system has also proved to be rather efficient when pesticide disappearance is concerned. The concentration and the valence of iron or the concentration of hydrogen peroxide and the way of adding it are parameters affecting the degradation rate and efficiency of the process. The effect of counterions of Fe3+ and H+ was also investigated. Zero valent iron was studied as an alternative source of iron. Mineralization, although required longer illumination and higher hydrogen peroxide consumption, was achieved. The profile of toxicity reduction is analogous to that acquired during the heterogeneous photocatalysis. The identification of organic intermediates was carried out using LC-MS/MS technique in the case of molinate and pirimicarb and GC-MS technique for carbaryl. Some slight differences were observed when comparing the intermediates formed during the heterogeneous and homogeneous photocatalysis