eliminarea prin fotocataliză a pop (2)

7/29/2019 Eliminarea prin fotocataliz a POP (2)

1/5

Eliminarea prin fotocataliz a POP (pesticide) din ape

n ultimele decenii, odat cu creterea numrului polulaiei de pe glob i necesitilor

ei, se nregistreaz o cretere considerabil a producerii diferitor substane i articole sintetice,n componena crora intr compuii chimici care, n timpul fabricrii i utilizrii, prezint un

pericol mare pentru sntatea oamenilor i mediul ambiant. plus la aceasta, ncepnd cu

mijlocul secolului trecut se nregistreaz o cretere considerabil a utilizrii pesticidelor n

agricultur, aplicarea intensiv ducnd la apariia efectelor toxice asupra mediului.

O categorie extrem de periculoas o reprezint poluanii organici persisteni, POPs

care se utilizeaz n agricultur i industrie. Astfel, poluanii organici persisteni sunt

substane chimice care persist n mediu un timp ndelungat, insolubile n ap, volatile,

uor de transportat dincolo de frontierele internaionale unde se depoziteaz i au

capacitatea de a penetra membrana celular acumulndu-se n esutul adipos.

Se cunosc 12 substane toxice extrem de periculoase:

1. pesticide: clordan, aldrin, DDT, dieldrin, endrin, mirex, heptaclor, toxafen;

2. produse chimice industriale: hexaclorobenzen (HCB) i bifenilii policlorurai (BPC);

3. produse secundare: dioxinele i furanii.

DDT- Diclor-Difenil-Tricloretan Hexaclorobenzen Policlorbifenili

2,3,7,8-TCDD 2,3,7,8-TCDF

Impactul POP n ape

n majoritatea bazinelor acvatice, cursurilor de apa, mrilor si oceanelor sunt depistate

diferite concentratii de pesticide si alte substante organice persistente. Urme ale acestor

1


2/5

compui sunt atestate in apa de ploaie, precum si n cea provenit de la topirea ghearilor din

muni. n mod direct, POP n concentraii mici nu influeneaz calitatea apei, nu se rsfrng

asupra aspectului lor. n cazul unor cantiti mai mari de pesticide, apa capt un miros

specific, caracteristic acestor tipuri de substane. Datorit proceselor de migrare, pesticideleimpreuna cu apa de ploaie se nfiltreaz n straturile freatice i chiar n cele arteziene.

Curarea apelor reziduale care conin poluani non-biodegradabili se realizeaza prin

intermediul proceselor de oxidare avansat, n cadrul acestor procese se genereaz radicali

hidroxil la temperatur i presiune ambiant, aceste specii puternic oxidante au un potenial de

oxidare capabil s mineralizeze substanele organice. Radicalii hidroxil, fiind foarte reactivi i

instabili, trebuie produi continuu n sistemul de lucru, prin intermediul unor reacii chimice

sau a unor reacii fotochimice (n prezena radiaiilor UV sau vizibil).

Fotocataliza reprezint accelerarea unei fotoreacii n prezena unui catalizator. n

fotocataliz, lumina este absorbit de un substrat adsorbit. n cataliza fotogenerat, activitatea

fotocatalitic (PCA) depinde de capacitatea catalizatorului de a crea perechi electron-gol, care

genereaz radicali liberi (radicali hidroxil: OH) capabili s intreina reaciile secundare.

Fotocataliza heterogen este un proces bazat pe iradierea unor catalizatori, n mod

obinuit semiconductori cu proprieti fotosensibile. Mecanismul fotocatalizei heterogene care

este un proces ce se realizeaz pe suprafaa solidelor decurge astfel:

fotoexcitarea semiconductorului cu lumin care are energia egal sau mai mare dect

energia benzii interzise;

generarea perechilor electron-gol;

separarea electronilor i golurilor; viteza de reacie a acestui proces trebuie s

fie mai mare dect viteza procesului de recombinare a electronilor i golurilor,

pentru a mpiedica dezactivarea catalizatorului;

adsorbia poluanilor pe suprafaa catalizatorului;

2


3/5

reacii redox la suprafaa catalizatorului ntre electroni, goluri i moleculele

adsorbite pe suprafaa catalizatorului; procesele care au loc n aceast etap sunt

determinante n formarea produilor finali;

desorbia produilor de la suprafaa catalizatorului.

Degradarea poluanilor toxici se poate realiza folosind fie fotodescompunerea

peroxidului de hidrogen ( 22OH /UV), fotoliza ozonului ( 3O /UV), fotocataliza cu

semiconductori i reacii redox ale combinaiilor complexe ale metalelor tranziionale.

Materialele fotocatalitice cele mai utilizate sunt semiconductorii: TiO2, SnO2, ZnO,

CdS, WO3. Semiconductorii sunt materiale a cror caracteristic principal este energia benzii

interzise; prin expunerea lor la radiaia luminoas, doar o parte din radiaia incident (cea cu

energie mai mare dect energia benzii interzise) va fi absorbit de material iar electronii vor fi

promovai din banda de valen (BV) n banda de conducie (BC), formnd perechi de

electroni i goluri cu proprieti oxidante, respectiv reductoare. Banda interzis a

semiconductorului trebuie s se gseasc n domeniul 1,4-3 eV, domeniu energetic

corespunztor radiaiei solare.

Studiul unei fotodegradri pe solide

Materiale i reactivi utilizai

Acid clofibric, carbamazepina, 10,11-dihidro-carbamazepina-10,11-epoxid si 10,11-

carbamazepina au fost achiziionate din SigmaAldrich (Deisenhofen), iomeprol de la

ALTANA (Konstanz), p-benzochinona, hidrochinona,fenol, 4-clorofenol, acid izobutiric si

acid fenilglioxilic au fost achiziionate din Fluka (Deisenhofen). Toate produsele chimice

folosite pentru soluii (tampon, elueni) au fost reactive i au fost utilizate fr purificare

suplimentar. P25 a fost achizitionat din Degussa, Hombikat UV100 de la Sachtleben

Chemie. Analiza

Concentratia acidului clofibric, carbamazepina, iomeprolul i produsele lor de

degradare au fost msurate prin (HPLC) folosind HP 1090 LC (Hewlett Packard) echipat cu

un sistem de diode (DAD) i detector de fluorescen (FLD). Conditiile de operare pentru

masuratorile HPLC/DAD/FLD, descrierea DOC( carbon organic dizolvat) si AOX.

Pregtirea probelor

Soluiile stoc au fost pregatite prin dizolvarea produselor farmaceutice i de contrast napa ultrapur. Dup adugarea produselor farmaceutice, probele au fost agitate cteva ore

3


4/5

pentru a asigura dizolvarea complet. Apoi soluiile stoc au fost filtrate( 0.2 m filtru de nitrat

de celuloz). Soluiile stoc au fost protejate de iradiere solar i stocate ntr-un frigider la 40C.

Au fost pstrate mai puin de o lun. Pentru experimentul de iradiere suspensia de TiO 2 a fost

proaspt preparat suspendnd TiO2 n apa ultrapur i apoi a fost sonicat cel puin 30 minute.

nainte de nceperea iradierii produsele farmaceutice i de contrast au fost echilibrate cu

umiditatea n scopul de a obine concentraii definite de oxigen i bicarbonat n toate probele,

apoi se amestec cu suspensia de TiO2 si se ajusteaz pH-ul. Dup iradiere, probele au fost

filtrate printr-o membran cu o dimensiune a porilor de 0.1 m. Au fost pregatite si doua

probe neiradiate. Una a fost filtrat dup nceperea iradierii, iar cealalt a fost depozitat ca un

sistem de control la temperatura camerei, la intuneric i tratate n acelai timp ca probele

iradiate. Valoarea medie a fost dat de proba neiradiat.

Extracia i mbogirea au fost efectuate de extracie n faz solid (SPE) cu cartue

LiChrolut RP18 (500 mg adsorbent). Cartuele au fost precondiionate cu 1-propanol (8 ml) si

apa ultrapure (6 ml). Pentru extracie probele neiradiate si iradiate de carbamazepina (40ml)

au fost aspirate prin sorbentul testat la un debit de aproximativ 5ml/min. Dup extracia probei

adsorbentul a fost splat cu ap ultrapur (3x3 ml) pentru a ndeparta srurile i a fost uscat cu

aer. Compuii adsorbii au fost eluai cu 1-propanol (6ml). Aceste probe au fost evaporate la

sec cu un flux uor de azotat. Procentajul de recuperare al carbamazepinei a fost de 78,4% cu

o deviaie standard de 5.2%.

Adsorbia

Adsorbia s-a efectuat n sticle prin agitatrea probelor, protejate de lumin. Adsorbia

s-a efectuat prin variaia concentraiei sorbatului (iomeprol 0=0.4-25 mg/l, carbamazepina

0.1 -25 mg/L, acid clofibric 0 =0.1-25mg/l) la concentraie constant a TiO2 (1g/l). pH-ul

solutiei a fost 6.5. Dup atingerea echilibrului probele au fost filtrate printr-o membran cu

dimensiunea porilor de 0,1 mm.

Concluzie

Cataliza semiconductorilor pare sa fie o tehnologie promitoare pentru degradarea

carbamazepinei, iomeprolului, acidului clofibric chiar dac acetia sunt prezeni simultan.

Fotocataliza ca o etapa de tratament ar putea s consolideze biodegrabilitatea poluanilor, dar

nu necesit o mineralizare complet. Ca o consecin a combinaiei fotocatalizei i a unui

tratament biologic poate fi aplicat favorabil in tratarea apei, pe de alt parte identificarea

compuilor extremi de toxici este esenial pentru o evaluare corect a apei tratate. Aplicarea

4


5/5

fotocatalizei la apele uzate i tratarea apei brute trebuie sa fie analizat printr-o instalaie pilot.

De asemenea trebuie studiat si comportamentul pe termen lung al catalizatorilor.

Bibliografie

1. www.elsevier.com/locate /apcatb

2. www.elsevier.com/locate/chemosphere

3. www.elsevier.com/locate/colsurfa

4. journal homepage:www.elsevier.com/locate/chemosphere

5. www.elsevier.com/locate/cattod

5
http://www.elsevier.com/locate/apcatbhttp://www.elsevier.com/locate/chemospherehttp://www.elsevier.com/locate/colsurfahttp://www.elsevier.com/locate/chemospherehttp://www.elsevier.com/locate/chemospherehttp://www.elsevier.com/locate/cattodhttp://www.elsevier.com/locate/apcatbhttp://www.elsevier.com/locate/chemospherehttp://www.elsevier.com/locate/colsurfahttp://www.elsevier.com/locate/chemospherehttp://www.elsevier.com/locate/cattod

eliminarea prin fotocataliză a pop (2)

Documents