Μελέτη της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης της Βενζοτριαζόλης σε υδατικά συστήματα
Creators: name: Χαριομπόλη, Ειρήνη Χαράλαμπου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Προχωρημένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρρύπανσης (Π.Ο.Μ.Α)
Ετερογενής Φωτοκατάλυση
Ομογενής Φωτοκατάλυση
Advanced Oxidation Processes (AOPs)
Heterogenous Photocatalysis
Homogenous Photocatalysis

description: Η Βενζοτριαζόλη (ΒΤΑ) είναι μια χημική ουσία που βρίσκεται σε βιομηχανικά προϊόντα και σε διάφορα καταναλωτικά αγαθά. Λειτουργεί ως αναστολέας διάβρωσης σε υγρά αυτοκινήτων, αντιψυκτικά, χρώματα και βερνίκια αλλά και σε προϊόντα καθαρισμού. Επίσης χρησιμοποιείται ως συστατικό στα καλλυντικά και αντηλιακά προϊόντα περιποίησης δέρματος, για την προστασία των συστατικών τους από τη φωτοχημική διάσπαση. Στο περιβάλλον εντοπίζεται σε αστικά και βιομηχανικά λύματα καθώς επίσης και στην απορροή των οδοστρωμάτων. Η απομάκρυνση της από το περιβάλλον δεν είναι πάντα εφικτή εξαιτίας της ανθεκτικότητας της στην βιοαποικοδόμηση, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε βιοσυσσώρευση στα υδάτινα οικοσυστήματα. Η ύπαρξη της στο περιβάλλον και η ανθεκτικότητα της αποτέλεσε πρόκληση για να μελετηθούν τρόποι απομάκρυνσης της. Στην παρούσα εργασία, στόχος ήταν η μελέτη της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμηση της ΒΤΑ χρησιμοποιώντας προχωρημένες οξειδωτικές μεθόδους αντιρρύπανσης (Π.Ο.Μ.Α.) που βασίζονται στην παραγωγή των ρίζων υδροξυλίου ή θειικών ριζών που αποτελούν ισχυρά οξειδωτικά μέσα. Σε αυτές τις τεχνολογίες αντιρρύπανσης εντάσσονται ομογενείς και ετερογενείς φωτοκαταλυτικές τεχνικές. Για την διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε αντιδραστήρας με προσομοιωμένη ηλιακή ακτινοβολία (simulated solar irradiation SSR) και εφαρμόστηκαν ομογενείς φωτοκαταλυτικές διεργασίες παρουσία του αντιδραστηρίου photo-Fenton (SSR/Fe2+/H2O2) και τύπου photo-Fenton (SSR/Fe/S2O82-), καθώς και ετερογενείς διεργασίες παρουσία TiO2-P25 (SSR/TiO2) ή TiO2 και οξειδωτικών (SSR/TiΟ2/Η2Ο2 και SSR/TiΟ2/S2Ο82-). Τέλος εφαρμόστηκαν για λόγους σύγκρισης και φωτολυτικές διεργασίες παρουσία οξειδωτικών (SSR/Η2Ο2 και SSR/S2Ο82-) . Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε σε υδατικά διαλύματα σε υπερκάθαρο νερό. Στη συνέχεια εξετάστηκαν διάφοροι παράμετροι που επηρεάζουν τις τεχνικές όπως οι συγκεντρώσεις του καταλύτη και οι συγκεντρώσεις των οξειδωτικών, με σκοπό να εκτιμηθεί η επίδραση τους. Επίσης, εξετάστηκε και η επίδραση της ακτινοβολίας στις ομογενείς διεργασίες εφαρμόζοντας την αντίδραση Fenton απουσία φωτός. Όλες οι τεχνικές επεξεργασίας για την απομάκρυνση της BTA μελετήθηκαν και σε στράγγισμα από Χ.Υ.Τ.Α. με σκοπό να μελετηθεί η επίδραση του υποστρώματος. Αρχικά, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη οξειδωτικών επιτάχυνε σε μικρό βαθμό την αποικοδόμηση της ΒΤΑ . Παρουσία του καταλύτη ΤiΟ2 παρατηρήθηκε ταχεία αποικοδόμηση της ΒΤΑ σε λιγότερο από 30 λεπτά, ενώ ο συνδυασμός καταλύτη και οξειδωτικών επιτάχυνε ακόμα περισσότερο τη διαδικασία. Οι συγκεντρώσεις του καταλύτη ή των οξειδωτικών φαίνεται να επηρεάζουν την απόδοση της διαδικασίας. Στις ομογενείς φωτοκαταλυτικές τεχνικές παρατηρήθηκε επίσης υψηλή απόδοση ενώ η καλύτερη τεχνική αποδείχθηκε η SSR/Fe2+/ H2O2 όπου η ΒΤΑ αποικοδομήθηκε πλήρως σε λιγότερο από 10 λεπτά. Το ποσοστό ανοργανοποίησης που επιτεύχθηκε από τις τεχνικές επεξεργασίας της ετερογενούς φωτοκατάλυσης κυμαινόταν ανάμεσα στο 84% εώς 89%, ενώ της ομογενούς φωτοκατάλυσης και της φωτόλυσης παρουσία οξειδωτικών ανάμεσα στο 53% έως 61%. Τέλος δεν παρατηρήθηκε ανοργανοποίηση στις ομογενενείς τεχνικές που εφαρμόστηκαν απουσία φωτός (αντίδραση Fenton). Τα αποτελέσματα που εξήχθηκαν από τα πειράματα στο επιβαρυμένο υπόστρωμα, έδειξαν την επιβράδυνση της αποικοδόμησης της ΒΤΑ και την ανασταλτική επιρροή του υποστρώματος απαιτώντας μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αντιδραστηρίων και χρόνων επεξεργασίας. Αρχικά, παρατηρήθηκε αμελητέα φωτολυτική αποικοδόμηση της ΒΤΑ παρουσία οξειδωτικών. Παρουσία καταλύτη σε υψηλές συγκεντρώσεις επέφερε αποικοδόμηση της ΒΤΑ σε ποσοστό κατά μέσο όρο 60% μετά από 4 ώρες φωτισμού, ενώ η προσθήκη οξειδωτικών δεν επέφερε κάποια επιπλέον αύξηση. Μετά την ανάλυση του TOC τα αποτελέσματα του ποσοστού ανοργανοποίησης για την SSR/Fenton ήταν από 50% έως 67% , για τα πειράματα SSR/Fenton Like ήταν 35% , για την ετερογενή φωτοκατάλυση παρουσία οξειδωτικών ήταν 19% ενώ για την ετερογενή φωτοκατάλυση και την φωτόλυση ήταν κάτω του 13%.
description: Benzotriazole (BTA) is a chemical commonly found in industrial products and consumer goods. It functions as a corrosion inhibitor in car fluids, antifreeze, paints, varnishes, and cleaning products. Additionally, it is used in cosmetics and sunscreen products to protect ingredients from photochemical degradation. BTA is prevalent in the environment, particularly in urban and industrial wastewater, as well as road runoff. Due to its resistance to biodegradation, its removal from the environment is challenging, and it can accumulate in aquatic ecosystems. This persistence poses a significant challenge, necessitating studies on its removal. The objective of this study was to investigate the photocatalytic degradation of BTA using Advanced Oxidation Processes (AOPs), which generate hydroxyl or sulfate radicals, both of which are strong oxidizing agents. These antipollution technologies include both homogeneous and heterogeneous photocatalytic techniques. Experiments were conducted in a reactor with simulated solar irradiation (SSR). Homogeneous photocatalytic processes involved the use of photo-Fenton (SSR/Fe2+/H2O2) and photo-Fenton-like (SSR/Fe2+/S2O82-) reactions, while heterogeneous processes utilized TiO2-P25 (SSR/TiO2) or TiO2 combined with oxidants (SSR/TiO2/H2O2 and SSR/TiO2/S2O82-). Photolytic processes in the presence of oxidants (SSR/H2O2 and SSR/S2O82-) were also applied for comparison. The experimental procedures were performed in aqueous solutions of ultrapure water. Various parameters, such as catalyst and oxidant concentrations, were evaluated to assess their impact on the techniques. Additionally, the effect of radiation on homogeneous processes was examined by applying the Fenton reaction in the absence of light. All techniques for BTA removal were also tested on leachate from sanitary landfills to study the substrate's influence. Initial results indicated that the addition of oxidants slightly accelerated BTA degradation. In the presence of the TiO2 catalyst, BTA degraded rapidly within 30 minutes, and the combination of catalysts and oxidants further enhanced the process. Catalyst and oxidant concentrations appeared to influence process efficiency. Homogeneous photocatalytic techniques also performed well, with the SSR/Fe2+/H2O2 method achieving complete degradation of BTA in less than 10 minutes. Mineralization rates for heterogeneous photocatalysis ranged from 84% to 89%, while homogeneous photocatalysis and photolysis with oxidants ranged from 53% to 61%. Notably, no mineralization occurred in the absence of light during the Fenton reaction. Experiments with leachate-containing substrates showed a retardation in BTA degradation and an inhibitory effect, necessitating higher concentrations of reagents and longer treatment times. Initial photolytic degradation of BTA in the presence of oxidants was negligible. With high concentrations of catalysts, approximately 60% degradation of BTA was achieved after 4 hours of illumination, although the addition of oxidants did not further enhance the degradation. Total Organic Carbon (TOC) analysis revealed that mineralization rates for SSR/Fenton ranged from 50% to 67%, for SSR/Fenton-like experiments it was 35%, for heterogeneous photocatalysis with oxidants it was 19%, and for heterogeneous photocatalysis and photolysis without oxidants it was below 13%.