Study of electrochemical oxidation of reactive dyes in model solutions and real wastewater
Creators: name: Voinovschi, Irina
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Αποικοδόμηση πολυαρωματικών
Απομάκρυνση χρωμάτων αντίδρασης
Ηλεκτροχημική οξείδωση
Ταυτοποίηση ενδιαμέσων με LC-MS
Polyaromatic degradation
Reactive dyes removal
Electrochemical oxidation
LC-MS intermediates identification

description: Ο κύριος στόχος της διδακτορικής διατριβής ήταν η συστηματική μελέτη των αποβλήτων της βιομηχανίας βαφής υφασμάτων προκειμένου να αναπτυχθεί μια οικολογική (πράσινη) και οικονομικά εφικτή μέθοδος για την κατεργασία τους. Γι'αυτό το λόγο επιλέχθηκαν τέσσερα εμπορικά χρώματα, τα πιο διαδομένα στην Ελλάδα (Reactive Black 5, Reactive Red 195, Reactive Blue 19 and Reactive Yellow 145) και μελετήθηκε συστηματικά η αποικοδόμησή τους σε ηλεκτροχημικό αντιδραστήρα που κατασκευάστηκε στο εργαστήριο. Σαν υλικά χρησιμοποιήθηκαν ανοξείδωτος χάλυβας στην κάθοδο και διαμάντι με επικάλυψη βορίου (BDD) ή διαστασιακά σταθερή άνοδος με βάση το τιτάνιο (DSA). Μελετήθηκε η επίδραση διαφόρων ηλεκτροχημικών παραμέτρων (pH, είδος και συγκέντρωση διαφόρων ηλεκτρο¬λυτών, τάση, ένσταση ρεύματος, κλπ.) και ερευνήθηκε η επιδρασή τους στην ηλεκτροχημική διεργασία. Καθορίσθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες για κάθε τύπο χρώματος. Η αποτελεσματικό-τητα των ηλεκτροδίων αξιολογήθηκε μετρώντας την κινητική της απομάκρυνσης του χρώμα¬τος, το COD, TOC και την online δημιουργία CO2. Επιπλέον μετρήθηκαν τα οξυχλωριούχα είδη που δημιουργήθηκαν κατά την ηλεκτροχημική κατεργασία και με τις δύο ανόδους και συγκίθηκαν μεταξύ τους. Επιτεύθηκε ποσοτική ανοργανοποίηση των χρωμάτων με την άνοδο BDD. Η απόδοση ήταν μειωμένη με την άνοδο DSA στην ανοργανοποίηση, ενώ η καταστρο¬φή του χρώματος ήταν επίσης ποσοτική με την DSA. Ο έλεγχος της απομάκρυνσης του χρώματος έγινε με φασματογραφικές τεχνικές (UV-VIS, FTIR) καθώς και μια αρχική εκτίμηση των ενδιάμεσων προϊόντων. Τα ενδιάμεσα και τα τελικά προϊόντα της κατεργασίας ταυτοποιήθηκαν με τεχνικές υγρής φασματογραφίας - μαζών (LC-ESI-MS). Βρέθηκε ότι όλα τα πολυαρωματικά είχαν καταστραφεί και παρέμειναν μόνο μερικά προϊόντα με απλούς δακτυλίους που γενικά θεωρούνται βιο-αποικοδομήσιμα. Τελικά, παραλήφθηκαν συμπυκνω¬μένα πραγματικά απόβλητα (δύο τύποι, αντίδρασης και όξινα) από Ελληνική βιομηχανία βαφής υφασμάτων, κατευθείαν από τις μηχανές βαφής, χωρίς καμμία αραίωση η άλλη επεξεργασία και χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα κατεργασίας. Τα αποτελέσματα ήταν εξαιρετικά. Και στα δύο το χρώμα εξαφανίσθηκε τελείως. Η σύνθετη χημική φύση των πραγματικών αποβλήτων είχε θετικό αποτέλεσμα στην κατεργασία με άνοδο DSA και είχε παρόμοια αποτελέσματα με τη BDD. Και οι δύο άνοδοι ήταν το ίδιο αποτελεσματικές στην κατεργασία όσο αφορά το χρόνο επεξεργασίας και την πυκνότητα ρεύματος. Το κατεργασμένο νερό ήταν τόσο καθαρό ώστε να θεωρηθεί κατάλληλο για επανακυκλοφορία. Προτάθηκε να εξετασθεί περαιτέρω η δυνατότητα ανακυκλοφορίας του νερού που μπορεί να μειώσει σημαντικά (μέχρι και 50%) την ανάγκη για φρέσκο νερό ανά κιλό κατεργασμένου υφάσματος.
description: The main target of this PhD Thesis was to study the degradation of the waste waters of the textile dying process in order to develop an eco-friendly (green) and financially viable method for their treatment. For this reason four of the most used commercial dyes in Greece were sele-cted (e.g. Reactive Black 5, Reactive Red 195, Reactive Blue 19 and Reactive Yellow 145) and their degradation was studied extensively using an electrochemical reactor constructed in the lab. Stainless steel electrodes were used in cathode and either boron doped diamond (BDD) or titanium-based dimensionally stable anode (DSA) were used in anode. The effect of several electrochemical parameters (pH, type and concentration of various electrolytes, applied volta¬ge, current density, etc.) and their impact on the electrochemical process have been investiga¬ted. The optimal conditions were achieved for each type of colour. The performance of the electrodes has been evaluated by measuring the time evolution of the colour removal, COD, TOC, on-line measuring CO2 generation, ion chromatography analyses and current efficiency. The degree of mineralization was determined by both TOC decay measurement and on-line monitoring of the generated CO2. Additionally, the amount of electro-generated oxychloro species were measured and compared at both anodes. Almost complete mineralization of the dyes has been achieved on BDD. Τhe efficiency of DSA was limited in this respect, even though decolourization was also complete with DSA. Spectrophotometric techniques (UV-VIS, FTIR) were applied for the monitoring of colour removal with an initial estimation of degra¬dation products and intermediates. Then, the intermediates and degradation products of the studied dyes, formed during the electrochemical treatment of model solutions, were identified by LC-ESI-MS. It was shown that all polyaromatic components were eliminated and the final products had only simple rings that are generally considered biodegradable. Finally, two types of real concentrated wastewater (reactive and acid) were obtained from a Greek dyeing house, directly from the dyeing machines, without any dilution or other preparation step and used directly for experiments. Great results were achieved. Both were treated successfully and colour disap¬peared completely. The complex chemical nature of the real wastewater had a positive effect on DSA and both anodes performed equally well. The effect of operating time and current density on the process performance and electrical energy consumption was similar with both BDD and DSA electrodes. The treated wastewater was clear enough to be considered for recirculation. It was proposed to test the possibility of water recirculation that could cut significantly (up to 50%) the amount of fresh water used per kg of textile processed.