Hydroxyl Radical

5.1 Avløpsvannbehandling

hydroxyl radical (•OH) er den viktigste mellomliggende reaktive ansvarlig for organisk substrat oksidasjon. FRIE radikaler HO2 * og dets konjugat O2 * – er også involvert i nedbrytningsprosesser, men er mye mindre reaktive enn frie hydroksylradikaler. Disse radikaler reagerer sterkt med de fleste organiske stoffer ved hydrogenabstraksjon eller elektrofil tillegg til dobbeltbindinger. Frie radikaler reagerer videre med molekylært oksygen for å gi et peroksyradikal, og initierer en sekvens av oksidative nedbrytningsreaksjoner som kan føre til fullstendig mineralisering av forurensningen. I tillegg kan hydroksylradikaler angripe aromatiske ringer i stillinger okkupert av et halogen, og generere en fenolhomolog. Elektronene i ledningsbåndet kan også nedbryte organiske forbindelser ved reduktive veier.

ved fotodegradering er transformasjon av den overordnede organiske forbindelsen ønskelig for å eliminere dens toksisitet og utholdenhet, men hovedmålet er å mineralisere alle forurensninger. Videre foreslås støkiometrien for den generelle reaksjonen (Eq. 15) må demonstreres i hvert tilfelle med en riktig massebalanse. Reaktiver og produkter kan gå tapt, noe som gir upålitelige resultater. Mineraliseringshastigheten bestemmes ved å overvåke uorganiske forbindelser, SOM CO2, Cl -, SO42 -, NO3 – og PO43−. Når organiske stoffer brytes ned, produseres en støkiometrisk økning i konsentrasjonen av uorganiske anioner i det behandlede vann, og det er ofte en økning i konsentrasjonen av hydrogenioner (reduksjon i pH). For å demonstrere at det ikke er noen produkttap, må molforholdet være i samsvar med den organiske substratstrukturen. Fraværet av total mineralisering er kun observert ved s-triazin herbicider, for hvilket sluttproduktet oppnådd er i hovedsak 1,2,5-triazin-2,4,6-trihydroksy (cyanursyre), som ikke er giftig. Dette skyldes den sterke stabiliteten til triazinkjernen, som motstår de fleste oksidasjonsmetoder. Nitrogenholdige molekyler mineraliseres I NH4+ OG NO3−. Ammoniumioner er relativt stabile og andelen avhenger hovedsakelig av den opprinnelige oksidasjonsgraden av nitrogen og på bestrålingstiden. Analyser av alifatiske fragmenter som følge av nedbrytning av den aromatiske ringen har hovedsakelig avdekket format-og acetationer. Andre aliphatics (antagelig syrer, diacider og hydroksylerte forbindelser) har også blitt funnet. Format og acetationer er ganske stabile, noe som delvis forklarer hvorfor total mineralisering tar mye lengre tid enn dearomatisering.

Solfotokatalytisk mineralisering av organiske forurensninger i vann, ved hjelp av samspillet MELLOM UV-stråling og halvlederkatalysatorer, har stort potensial i industriell ødeleggelse av giftige organiske stoffer i vann, og antall applikasjoner og målforbindelser er mange. I områder med middels til høy solstråling er solavgiftning nyttig for behandling av vann med en maksimal organisk konsentrasjon på flere hundre milligram per liter, ikke-biologisk nedbrytbare forurensninger og farlige forurensninger som finnes i komplekse blandinger av organiske stoffer. Som et resultat av intens forskning utført av grupper over hele verden i løpet av de siste 20 årene, er solavgiftning en god løsning med mange interessante applikasjoner. I løpet av det siste tiåret har det vært tusenvis av publikasjoner og patenter på heterogen fotokatalytisk fjerning av giftige og farlige stoffer fra vann og luft. Noen eksempler er fenoler og klorfenoler, klorerte hydrokarboner, farmasøytiske forbindelser (antibiotika, antineoplastikk og annet farlig farmasøytisk avfall), agrokjemisk avfall (plantevernmidler) og cyanider. De produseres i industrielle mengder i prosesser som produksjon av fenolformaldehydharpikser, flyktige organiske forbindelser (VOC) scrubbere, PVC-produksjon, trebevarende avfall, rengjøring av marine tankterminaler og rørledninger, og produksjon av plantevernmidler og skyllevann fra utstyret som brukes til deres anvendelse.

her brukes plantevernmidler som et eksempel for å demonstrere den praktiske anvendelsen av solfotokatalyse. Selv om plantevernmidler og agrokjemiske forbindelser generelt har blitt påvist i vann siden 1950-og 1960-tallet, har de siste 15 årene økt dramatisk over hele verden og har nesten doblet hvert 5.år siden 1975. Fn anslår at av alle plantevernmidler som brukes i landbruket, når mindre enn 1% faktisk avlingene. Resten ender opp med å forurense land, luft og spesielt vann. Derfor er pesticidforurensning av vann et av dagens største miljøproblemer, med omfattende økologiske konsekvenser. I områder hvor landbruket er intensivt, er følgende viktige kilder til vannforurensning:

Plantevernmidler som rutinemessig landbrukspraksis: Omtrent 0,2 tonn/ha brukes vanligvis i intensivt landbruk ved klassisk sprøyting eller i vanningsrørledningen.

Skyllevann forurenset med plantevernmidler fra beholdere og sprøyteutstyr: Små mengder plantevernmidler som er igjen i tomme beholdere (ca.70 enheter/ha), blir vanligvis sølt ut i miljøet.

Avløpsvann fra landbruksindustrien: Vann fra rengjøring eller posthøstbehandling av frukt og grønnsaker før pakking produserer ca 1 m3/dag / ha avløpsvann.

planteavfall forurenset med plantevernmidler: det anslås at 30 tonn/ha/år ubehandlet planteavfall normalt kastes i deponier.

et av de store problemene er ukontrollert dumping av tomme plantevernmidler. Selv om mengden plantevernmidler som er igjen i hver beholder, er svært liten, blir millioner av dem dumpet hvert år, noe som gjør den til en av de viktigste forurensningskildene i områder med denne typen landbruk. En foreslått løsning er deres selektive innsamling og transport til et gjenvinningsanlegg, hvor de skylles for senere gjenbruk. Det resulterende skyllevannet, forurenset av de forskjellige blandingene av plantevernmidler, må behandles. Enkel, billig og tilgjengelig teknologi for in situ behandling av slikt vann er derfor nødvendig. Herbicider fjernes tradisjonelt fra vann ved bruk av granulært eller pulverisert aktivert karbon, nanofiltrering, ozonering, etc., men disse prosessene har iboende begrensninger i anvendelighet, effektivitet og kostnader. På den annen side er problemene knyttet til bortskaffelsen ganske godt egnet til solfotokatalytisk behandling av følgende grunner: (i) den opprinnelige pesticidkonsentrasjonen kan styres som en funksjon av antall beholdere vasket med samme vann, slik at den mest hensiktsmessige konsentrasjonen for optimal fotokatalytisk effektivitet kan velges; (ii) toksisitet er ekstremt, lavt volum og på et veldefinert sted; (iii) slike punktkilder til forurensning kan ideelt behandles i småskala behandlingsenheter; og (iv) intensivt landbruk i drivhus er vanligvis konsentrert i solrike land.

solavgiftning har også vist effektivitet i nedbrytningen av de halogenerte løsningsmidlene som finnes i mye av farmasøytisk industriavfall og VOC-utslipp. Miljøforskrifter og direktiver presser industriledere til å kontrollere VOC-utslipp. EN AV VOC-utslippskontrollmetodene er våtskrubbing, men det forurensede vannet fra skrubberne må behandles. Dette kan lett gjøres ved solavgiftning. En annen kilde til halogenert avfall er halocompound fabrikasjon. Avfallet kan estimeres som en lav prosentandel av total produksjon, oppløst til 100-200 mg / liter. PVC produserer for eksempel 2,5 m3 avløpsvann forurenset med kortkjedede polymerer eller PVC-monomer for hvert tonn PVC. En mulighetsstudie fastslått at en 6-m2 fotoreaktor helt kan mineralisere 100 mg / liter kloroform i 250 liter avløpsvann i 8 h sollys.

Dekontaminering av vannavløp er en av de mest vellykkede fotokjemiske anvendelsene av solfotoner. Teknologien har blitt validert med bygging av store pilotanlegg. Solar photocatalysis lover å være et viktig gjennombrudd i implementeringen av solprosesser som en spesifikk solteknologi for vannbehandling blir kommersielt tilgjengelig. Markedsanalyser viser at denne miljøvennlige teknologien, som kan ødelegge mange av de mest problematiske persistente organiske miljøgiftene, har mange potensielle bruksområder. Det kan ikke være tvil om at fotokatalytisk vannavgiftning er full av løfte, som demonstrert av fremgangen de siste 10 årene.

imidlertid identifiserer en analyse av den historiske utviklingen av solfotokatalyse klart tre forskjellige utviklingsstadier. Initial innsats av solbevisste forskere fokuserte på å overføre laboratorieforskning til solkonstruert testing med eksisterende teknologi. Disse første resultatene ga spenning i det fotokjemiske forskningsmiljøet. Deres ekstrapolering til praktiske situasjoner antok en evne til å nedbryte nesten alle organiske forurensninger, samt noen metaller. Senere ble det utviklet mer hensiktsmessige samlere og design, men behovet for å vite grunnleggende om visse aspekter av reaksjonen førte til et økende antall studier på kinetikk, mekanismer, ytelse av blandinger og driftsparametere med blandede resultater. Det var en periode med både lovende og nedslående resultater. I den tredje fasen, som synes å være i gang, grensevilkårene for applikasjoner blir bestemt, og teknologien fokuserer på en bestemt innledende applikasjoner, med det spesielle at tidlig utvikling og uløste spørsmål sameksistere med nær-kommersielle og industrielle anvendelser av teknologien. Som et resultat er miljømarkedet, selv om det er svært mottakelig for rene energiressurser, motvillig til å akseptere et slikt» risiko-forutsatt » initiativ.