Απομάκρυνση του π-χλωροβενζοϊκού οξέος (p-CBA) από υδατικά διαλύματα με την εφαρμογή του ετερογενούς καταλυτικού οζονισμού
Creators: name: Ψάλτου, Σαββίνα Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Μικρορύποι
Ετερογενής καταλυτικός οζονισμός
Οζονισμός
Micropollutants
Heterogeneous catalytic ozonation
Ozonation

description: Η αυξανόμενη ρύπανση των παγκόσμιων αποθεμάτων νερού με χιλιάδες οργανικές ενώσεις ανθρωπογενούς προέλευσης αποτελεί ένα από τα κυριότερα σημερινά, αλλά και μελλοντικά περιβαλλοντικά προβλήματα, επειδή θεωρούνται γενικά πολύ δύσκολα βιοαποικοδομήσιμες, αν και βρίσκονται συνήθως σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις (μικρορύποι). Βασική επιδίωξη της τεχνολογίας προστασίας του περιβάλλοντος, πέραν του περιορισμού των διαφόρων πηγών ρύπανσης (πρόληψη), είναι η τροποποίηση των συμβατικών διεργασιών επεξεργασίας του νερού με στόχο την καλύτερη απομάκρυνση των μικρορύπων αυτών. Λόγω της αναποτελεσματικότητας των συμβατικών τεχνικών επεξεργασίας, μικρορύποι εντοπίζονται στα επιφανειακά και στα υπόγεια νερά. Οι ρύποι αυτοί προέρχονται κυρίως από τα φαρμακευτικά προϊόντα, τα προϊόντα προσωπικής φροντίδας και τα φυτοφάρμακα. Ο οζονισμός χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στην παραγωγή του πόσιμου νερού, όσο και στην τριτοβάθμια επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Ωστόσο, η πλειοψηφία των οργανικών μικρορύπων εμφανίζει σχετικά χαμηλή σταθερά αντίδρασης με το όζον, καθιστώντας τη διεργασία αναποτελεσματική, χρονοβόρα και τελικά, οικονομικά ασύμφορη. Πρόσφατες μελέτες όμως έχουν δείξει, ότι η εφαρμογή του ετερογενούς καταλυτικού οζονισμού μπορεί να αποτελέσει σημαντική λύση για το πρόβλημα της χαμηλής απόδοσης. H παρούσα, λοιπόν, διπλωματική εργασία εστιάζει στη διερεύνηση της διεργασίας του ετερογενούς καταλυτικού οζονισμού και πιο συγκεκριμένα, στην εύρεση του καταλληλου υλικού που μπορεί να αποτελέσει έναν αποτελεσματικό καταλύτη. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκαν ασυνεχή πειράματα οζονισμού και καταλυτικού οζονισμού με καταλύτες τα υδρόφιλα μικτά υδροξυ-οξείδια σιδήρου-μαγγανίου (FeMnOOH Α και FeMnOOH Β), τα εργαστηριακώς τροποποιημένα υδρόφοβα μικτά υδροξυ-οξείδια σιδήρου μαγγανίου, το ΡΕΤ (σε μορφή pellets και αλεσμένο με διάμετρο σωματιδίων &lt;2 mm) και το σερπεντίνη για την απομάκρυνση του π-χλωροβενζοϊκού οξέος (p-CBA). Το π-χλωροβενζοϊκό οξύ επιλέχθηκε ως πρότυπη ένωση για τα πειράματα οζονισμού, επειδή αντιδρά αργά με το μοριακό όζον (kO3&lt;0.15 M-1s-1), ενώ αντιδρά πολύ γρήγορα με τις ρίζες υδροξυλίου (kOH∙=5,2*109 M-1s-1). Τα υδρόφοβα FeMnOOH παρασκευάστηκαν μετά από εμβάπτιση του καταλύτη FeMnOOH A σε διάλυμα τριχλωρο(μέθυλο)σιλανίου σε τολουόλιο διαφορετικών συγκεντρώσεων (10 mg/L, 50 mg/L, 100 mg/L, 250 mg/L, 500 mg/L και 1000 mg/L). Κανένας από τους καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν δεν ήταν ικανός να προσροφήσει το p-CBA (αρχική συγκέντρωση 4μΜ) περισσότερο από 10%, εκτός από το FeMnOOH (50 mg/L), που χρησιμοποιήθηκε σε συγκέντρωση 0,5 g/L, του οποίου η προσροφητική ικανότητα άγγιξε το 16%. Από όλους τους καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν, τα καλύτερα αποτελέσματα έδωσαν: (1) το αλεσμένο ΡΕΤ (&lt;2 mm) και (2) το υδρόφοβο FeMnOOH (50 mg/L) σε συγκέντρωση 0,5 g/L με απόδοση απομάκρυνσης 100% και 99% αντίστοιχα, καθώς και ο σερπεντίνης σε συγκέντρωση 1 g/L με απόδοση απομάκρυνσης 99%, σε pH 7 και συγκέντρωση όζοντος 2 mg/L, μετά το 15 λεπτό της αντίδρασης, η οποία ήταν μεγαλύτερη κατά 92% και 81% αντίστοιχα από την απόδοση του απλού οζονισμού
description: The increasing pollution of the global water reserves with thousands organic compounds of anthropogenic origin is between the main current and future environmental problems, due to their biodegradation difficulty, although they are existing usually in very small concentrations (micropollutants). The main goal of environmental protection technology, in addition to limiting the various sources of pollution (i.e. prevention), is to modify the conventional water treatment processes in order to optimize the removal of these micropollutants. Due to the inefficiency of conventional technologies, micropollutants can be found in the surface and ground waters. The main sources of these pollutants are the pharmaceuticals, the personal care products and the pesticides. The ozonation process is widely used in the production of drinking water, as well in the tertiary treatment of wastewater for didinfection or vense purposes. However, the majority of organic micropollutants show a relatively low reaction constant with ozone, making the process inefficient, time-consuming and unprofitable. Recent studies have shown that heterogeneous catalytic ozonation could be an interesting alternative for the increase of micropollutants removal. This diploma thesis focuses on studying the process of heterogeneous catalytic ozonation and more specifically, on finding the right material that can be an effective catalyst. In particular, batch experiments of ozonation and catalytic ozonation of p-chlorobenzoic acid (p-CBA) with hydrophilic mixed hydroxyl-oxides of iron and manganese (FeMnOOH A and FeMnOOH B), as well as with laboratory modified hydrophobic mixed hydroxyl-oxides of iron and manganese, PET (in pellets form and after milling down to particle size &lt;2 mm) and with serpentine mineral took place. The p-chlorobenzoic acid was choosen as a probe compound in ozonation process because it reacts slow with molecular ozone (kO3&lt;0.15 M-1s-1), but very fast with hydroxyl radicals (kOH∙=5,2*109 M-1s-1). The hydrophobic FeMnOOH were prepared after immersing the catalyst FeMnOOH in a methyltrichlorosilane/toluene solution of different concentrations (10 mg/L, 50 mg/L, 100 mg/L, 250 mg/L, 500 mg/L and 1000 mg/L). None of these catalysts show adsorption efficiency more than 10%, except from FeMnOOH (50 mg/L), which adsorbed p-CBA (initial concentration 4μM) up to 16%. From the comparison between the catalysts, it can be concluding that the most efficient in pH 7 and ozone concentration 2 mg/L after 15 minutes of reaction, are the PET (&lt;2 mm), the hydrophobic FeMnOOH (50 mg/L) at concentrations of 0.5 g/L and the serpentine at concentration of 1 g/L. The removal efficiency was 100% for PET (&lt;2 mm) and 99% for FeMnOOH (50 mg/L) and serpentine (15 minutes reaction time), which are 92% and 81% respectively better, than the removal efficiency of simple ozonation