Απομάκρυνση του π-χλωροβενζοϊκού οξέος (p-CBA) από υδατικά διαλύματα με την εφαρμογή του ομογενούς καταλυτικού οζονισμού
Creators: name: Καραπατής, Απόστολος Γρηγορίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Ομογενής καταλυτικός οζονισμός
Ιόντα μεταβατικών μετάλλων
π-χλωροβενζοϊκό οξύ
Homogeneous catalytic ozonation
Transition metal ions
p-chlorobenzoic

description: Ο άνθρωπος ανέκαθεν επενέβαινε στο περιβάλλον, τροποποιώντας το ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες του. Ο σύγχρονος τρόπος ζωής βασίζεται σε μια πληθώρα οικιακών, αγροτικών και βιομηχανικών δραστηριοτήτων, οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα μια εκθετική αύξηση στην κατανάλωση πρώτων υλών οδηγώντας έτσι σε μία δραματική αύξηση των ρύπων που απορρίπτονται σε υδάτινα ρεύματα. Συνεπώς η ρύπανση των υδάτινων αποθεμάτων αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζει σήμερα η ανθρωπότητα. Ιδιαίτερη περίπτωση αποτελούν οι οργανικοί μικρορύποι, οι οποίοι απορρίπτονται και συσσωρεύονται στα υδάτινα ρεύματα. Οι ενώσεις αυτές βιοαποικοδομούνται δύσκολα και οι συμβατικές μονάδες επεξεργασίας νερού και υγρών αποβλήτων αδυνατούν να τις απομακρύνουν. Έτσι λοιπόν η σύγχρονη κοινωνία πρέπει να βρει εναλλακτικές λύσεις για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος. Σε αυτό το πλαίσιο, οι Προηγμένες Τεχνικές Οξείδωσης, και πιο συγκεκριμένα ο καταλυτικός οζονισμός μπορεί να αποτελέσει μια αποτελεσματική εναλλακτική μέθοδο για την αντιμετώπιση του προβλήματος. Συνεπώς, σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη απομάκρυνσης του οργανικού μικρορύπου, 4 – χλωροβενζοϊκό οξύ (p-CBA), από υδατικά διαλύματα με τη χρήση της διεργασίας του ομογενούς καταλυτικού οζονισμού. Για τους σκοπούς της εργασίας πραγματοποιήθηκαν ασυνεχή πειράματα οζονισμού και ομογενούς καταλυτικού οζονισμού προς απομάκρυνση του p-CBA. Το p-CBA 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∙ = 5,2x109 M-1s-1). Στα πειράματα εξετάστηκε η καταλυτική δράση των ιόντων των μεταβατικών μετάλλων Ni(II), Fe(II), Mn(II), Zn(II) και Co(II), ενώ παράλληλα μελετήθηκε και η επίδραση παραγόντων όπως το pH του διαλύματος, η αρχική συγκέντρωση του όζοντος αλλά και του καταλύτη στην απομάκρυνση του οργανικού μικρορύπου. Από τις παραπάνω παραμέτρους, τα αποτελέσματα έδειξαν πως το pH έχει την μεγαλύτερη επίδραση στην απόδοση του καταλυτικού οζονισμού. Οι παραπάνω καταλύτες έχουν περιορισμένη δραστικότητα όταν η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε pH 7. Αυξημένη καταλυτική δράση παρατηρείται κατά τον καταλυτικό οζονισμό σε όξινες συνθήκες, όπου επιτυγχάνεται αύξηση της απομάκρυνσης του p-CBA έως 35%. Βέλτιστα αποτελέσματα εμφανίζουν τα ιόντα Fe(II) και Co(II), καθώς κατά τον καταλυτικό οζονισμό σε pH 7 επιτυγχάνουν απομάκρυνση του p-CBA κατά 95% και 97% αντίστοιχα. Ωστόσο η επίδραση τους στο σύστημα του καταλυτικού οζονισμού είναι σχετικά μικρή καθώς κατά τον απλό οζονισμό σε pH 7 το p-CBA απομακρύνεται κατά 90%. Ο καταλύτης Mn(II) εμφανίζει ικανοποιητικά αποτελέσματα μόνο κατά τον καταλυτικό οζονισμό σε όξινες συνθήκες, ενώ τα ιόντα Ni(II) και Zn(II) δεν εμφανίζουν σημαντική καταλυτική δράση. Παράλληλα κατά τον οζονισμό σε αλκαλικές συνθήκες παρατηρείται πλήρης οξείδωση του p-CBA μετά τον πέρας της αντίδρασης. Ωστόσο η προσθήκη καταλύτη έχει ως αποτέλεσμα σχεδόν πλήρη οξείδωση της ένωσης από το 3ο λεπτό της αντίδρασης. Τέλος η συγκέντρωση των μετάλλων κατά τη διάρκεια της διεργασίας του ομογενούς καταλυτικού οζονισμού παραμένει σταθερή, ενώ δεν παρατηρείται σχηματισμός ιζήματος ακόμα σε αλκαλικές συνθήκες. Το γεγονός αυτό δημιουργεί πρόβλημα δευτερογενούς ρύπανσης καθώς η συγκέντρωση των μετάλλων, που παραμένουν στο διάλυμα, είναι υψηλότερη από τα αντίστοιχα περιβαλλοντικά όρια απόρριψής τους
description: Mankind always interfered with its environment, altering it according to its needs. The modern lifestyle is based on a vast variety of domestic, agricultural and industrial activities that result in an exponential increase of raw material consumption, leading to a dramatic increase in pollutant discharge into water reserves. Consequently, water pollution is one of the most important problems mankind is facing today. More specifically, the presence of organic micropollutants has been reported as an emerging concern to the environment. Micropollutants are persistent, non-biodegradable compounds and so conventional water and wastewater treatment methods are unable to remove them. So, modern society needs to find alternatives to deal with this problem. In this context Advanced Oxidation Processes (AOPs), and particularly catalytic ozonation can be an effective alternative to address this problem. The aim of this diploma thesis is to study the degradation of the organic micropollutant 4 – chlorobenzoic acid (p-CBA) from aqueous solution by means of homogeneous catalytic ozonation. For the purpose of this study batch experiments of ozonation and catalytic ozonation were performed. The 4 – chlorobenzoic, was chosen as a model compound because it is poorly biodegradable and it reacts very slowly with molecular ozone (kO3 &lt; 0,15 M-1s-1), while it reacts rapidly with hydroxyl radicals (kOH∙ = 5,2x109 M-1s-1). Batch experiments were performed in order to assess the catalytic efficiency of Ni(II), Fe(II), Mn(II), Zn(II), Co(II). Also, the effects of variables such as pH, initial ozone concentration and catalyst concentration on the degradation of p-CBA were investigated. The experimental design showed that pH was the variable which had the greatest effect on the efficiency of the catalytic ozonation. The results showed that the aforementioned metals have limited efficiency when catalytic ozonation takes place at pH 7. Increased catalytic efficiency is shown when the reaction takes place under acidic conditions, where the presence of the catalyst improves the degradation rate of p-CBA up to 35%. Results show that Fe(II) and Co(II) are the most effective catalysts in pH 7, achieving 95% and 97% removal rate of p-CBA respectively, though by ozonation alone 90% degradation of p-CBA is achieved. Mn(II) showed catalytic efficiency only during catalytic ozonation under acidic conditions, whereas Ni(II) and Zn(II) do not show significant catalytic efficiency. Under alkaline conditions, complete removal of p-CBA is achieved both by ozonation alone and catalytic ozonation, though the presence of the catalyst results in almost complete degradation of p-CBA in the first 3 minutes of the process. The catalyst concentration throughout the reaction time remains constant, while there is no precipitate formation even under alkaline conditions. This creates the problem of secondary pollution as the metal concentration, which remains in the solution, in most cases is higher than the respective environmental discharge limits