Συγκριτική Μελέτη Υλικών Ανόδων για την Απομάκρυνση Χρώματος από Υδατικά Διαλύματα με Ηλεκτροχημική Οξείδωση
Creators: name: Καραπαναγιώτη, Ελένη Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Ηλεκτροχημική Οξείδωση
Άνοδοι Επιπλατινωμένες-Επιχρυσωμένες
Αποικοδόμηση Χρώματος
Electrochemical Oxidation
Gold-Platinum Plated Anodes
Color Degradation

description: Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα και προκλήσεις του 21ου αιώνα είναι η διαθεσιμότητα και η διαχείριση των υδάτινων πόρων τόσο για τις πρωταρχικές ανάγκες του πληθυσμού όσο και για βιομηχανική χρήση. Στο πλαίσιο αυτό εμπίπτει και το κομμάτι της παραγωγής, διαχείρισης και επαναχρησιμοποίησης των υγρών αποβλήτων. Μια από τις βασικές πηγές παραγωγής υγρών αποβλήτων είναι και η βιομηχανία κλωστοϋφαντουργίας. Στο πρόβλημα της παραγωγής ιδιαίτερα μεγάλου όγκου αποβλήτων κατά τις διαδικασίες βαφής προστίθεται και η δυσκολία επεξεργασίας αυτών. Οι ρύποι που προέρχονται από τα χρώματα είναι σταθεροί και πολύπλοκοι ως προς την δομή, γεγονός που τις καθιστά μη βιο-αποικοδομήσιμους σε υψηλές συγκεντρώσεις και εμποδίζει την απομάκρυνσή τους με συμβατικό βιολογικό καθαρισμό. Άλλες κλασσικές μέθοδοι επεξεργασίας, όπως φυσικοχημικές μέθοδοι, παρουσιάζουν προβλήματα δευτερογενούς επεξεργασίας και μεταφοράς των ρύπων από το υγρό σε στερεό απόβλητο. Η ηλεκτροχημική οξείδωση μπορεί να αποτελέσει μια εναλλακτική λύση καθώς διασπά αποτελεσματικά τα μη-βιοαποικοδομήσιμα οργανικά μόρια. Η διεργασία αυτή, χαρακτηρίζεται από την απλότητά της, τον εύχρηστο εξοπλισμό της και το σύντομο χρόνο αποτελεσματικής κατεργασίας. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε μια αρχική προσέγγιση της μεθόδου οξείδωσης χρησιμοποιώντας διαφορετικά υλικά ανόδων. Η μέθοδος της ηλεκτροχημικής οξείδωσης εφαρμόστηκε στην επεξεργασία υδατικού διαλύματος χρώματος reactive blue 19 (CI 61200) συγκεκριμένης συγκέντρωσης. Το διάλυμα χρώματος παρασκευάζονταν εκ νέου για κάθε πείραμα στο εργαστήριο. Ερευνήθηκε η συμπεριφορά δέκα διαφορετικών ανόδων κατά την οξείδωση του χρώματος, από τις οποίες οι οκτώ ήταν νέου τύπου άνοδοι σε πειραματικό στάδιο, ενώ οι δύο που χρησιμοποιήθηκαν (BDD, DSA) θεωρούνται γνωστές σύμφωνα με την βιβλιογραφία και βρίσκουν ευρύτερη εφαρμογή. Η αποτελεσματικότητα κάθε ανόδου εκτιμήθηκε με βάση τον αποχρωματισμό του διαλύματος εξετάζοντας το φάσμα UV των δειγμάτων σε τακτά χρονικά διαστήματα αλλά και βάση του χημικά απαιτούμενου οξυγόνου (COD) στο τέλος της διαδικασίας. Επιπλέον συμπεράσματα προέκυψαν και ως προς την σταθερότητα και την αντοχή κάθε ανόδου καθώς χρησιμοποιήθηκαν σε πάνω από μία δοκιμές. Mπορεί να επισημάνει κανείς πως σε πρώτη φάση όλες οι άνοδοι προκάλεσαν την διάσπαση και απομάκρυνση του χρώματος. Κατά την πρώτη δοκιμή με κάθε άνοδο προέκυψαν άχρωμα δείγματα σε μικρότερο ή μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Οι επιχρυσωμένες άνοδοι 3,4,7 ξεχώρισαν για την άμεση απομάκρυνση του χρώματος από τα πρώτα λεπτά της επεξεργασίας, αλλά και για την σημαντική μείωση του οργανικού φορτίου το οποίο υποδηλώνει πλήρη οξείδωση μεγάλου ποσοστού των ρύπων. Παρ’ όλα αυτά οι επιπλατινωμένες άνοδοι και ιδιαίτερα η άνοδος 8 μπορεί να απομάκρυναν το χρώμα σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα συγκριτικά με τις προηγούμενες αλλά παρουσίασαν λιγότερες φθορές στην επιφάνειά τους γεγονός που τις καθιστά πιο σταθερές. Σε κάθε περίπτωση η βελτιστοποίηση της κατασκευής των ανόδων μπορεί να αποτελέσει πεδίο μελλοντικής έρευνας. Σε επόμενο στάδιο θα ήταν απαραίτητο να μελετηθεί η συμπεριφορά και η απόδοση των υλικών αυτών με την μεταβολή των παραμέτρων της οξείδωσης, όπως η ένταση του ρεύματος, η ποσότητα και το είδος του ηλεκτρολύτη αλλά και η χρησιμοποίησή τους σε πραγματικό απόβλητο.
description: One of the major problems and challenges today is the availability and management of water, related to everyday as well as to industrial use. In the same context there is a great concern about wastewater production, treatment and reuse. Important source of wastewater production is the textile industry, which consumes great amounts of water, especially during dying process, and produces huge amount of waste. In addition there is a major treating issue of the waste. The pollutant factors originating from dyes appear to be extremely stable, with complicated structure, fact that makes them non-biodegradable and impedes their removal with conventional biological treatment. Other conventional methods, like physicochemical processes prove to be unsuitable, as they demand secondary treatment and practically transfer the pollutants to solid waste. Electrochemical oxidation can be an alternative option, as it can process effectively non-biodegradable molecules. Electrochemical oxidation is distinct for its simple application and equipment as well as for the short treatment period. This master thesis comprises an initial approach to electrochemical oxidation, using anodes of different materials. This method was used in the treatment of aqueous solution containing standard concentration of commercial dye reactive blue 19 (CI 61200). Oxidation was applied using ten different type of anodes, eight of which are in experimental phase, while two of them (BDD, DSA) are known and widely used according to reference. The effectiveness of each anode was evaluated in terms of discoloration, examining the UV spectra of samples taken in specific time intervals, as well as in terms of Chemical Oxygen Demand (COD) value at the beginning and in the end of the process. Moreover conclusions were made regarding the stability and material strength of each anode, as they were examined in more than one experiments. As a conclusion, we should firstly note that all anodes successfully decayed and removed colour. During the first use of each anode colorless solution was produced, varying the processing time. The gold plated anodes 3, 4, 7 rapidly removed colour within minutes of oxidation, and presented high COD reduction. This is an indication of complete oxidation for the majority of organic contaminants. However platinum plated anodes, and especially anode number 8, appeared to be more stable, with less defaults in the surface even though they demand longer oxidation periods for color removal. In any case a lot can be done in the future concerning the material and proper manufacturing method of anodes. It is also important for future investigation to test the behavior and efficiency of anodes while varying experimental parameters, such as current intensity, the concentration and type of electrolyte used as well as the colour concentration.