hrvatski

HETEROGENA FOTOKATALITIČKA RAZGRADNJA HERBICIDA U PROCJEDNIM I OTPADNIM VODAMA

Sve veći zahtjevi za učinkovitom proizvodnjom hrane doveli su do velike i često nekontrolirane uporabe herbicida koji se zbog velike postojanosti akumuliraju u okolišu. Strogi propisi vezani uz maksimalno dozvoljene koncentracije ovih spojeva u okolišu potaknuli su brojna istraživanja s ciljem pronalaženja optimalnih rješenja za njihovo uklanjanje iz otpadnih i procjednih voda. Heterogena fotokataliza, koja se najčešće zasniva na primjeni poluvodičkog materijala kao što je TiO2, u novije vrijeme pobuđuje sve veći interes znanstvene i stručne javnosti kao postupak prikladan za razgradnju postojanih organskih spojeva prisutnih u vodi ili zraku, bez potrebe za primjenom dodatnih kemikalija. Pregledom literature ustanovljeno je da se reakcije fotokatalitičke razgradnje uglavnom provode u sustavima sa suspendiranim nanočesticama fotokatalizatora, pri čemu najveći izazov predstavlja uklanjanje nanočestica iz reakcijskog medija nakon provedene reakcije. Taj problem djelomično se može riješiti imobilizacijom fotokatalizatora na pogodan nosač. Cilj ovog rada je razvoj fotokatalitičkog sustava za uklanjanje odabranih herbicida iz otpadnih i procjednih voda, koristeći pritom materijale koji su industrijski dostupni, tehnički i ekonomski iskoristivi te sigurni za okoliš. Za tu svrhu razvijena je metoda pripreme imobiliziranog sloja TiO2 na staklenom platnu kao nosaču primjenom prirodnog polimera – kitozana kao aditiva koji omogućava dobru adheziju i pripremu stabilnog fotokatalitičkog sloja. Fotokatalizator je izveden u obliku odgovarajućeg modula da bi se ostvarili uvjeti za jednostavan način rada i njegovu potencijalnu primjenu u realnim sustavima. Na temelju izučavanja fotokatalitičke razgradnje odabranih herbicida pri različitim radnim uvjetima te sagledavanjem reakcijskih mehanizama predloženi su odgovarajući modeli za opis procesa, uključujući kinetički model i model fotoreaktora. Reakcije fotokatalitičke razgradnje provedene su primjenom različitih izvora UV zračenja. Kao modelne komponente izabrani su terbutilazin kao predstavnik s-triazinskih herbicida, acetoklor iz skupine kloracetanilidnih herbicida i dikamba kao predstavnik organoklornih derivata benzojeve kiseline. Reakcije su provedene u nekoliko različitih izvedbi fotoreaktora s ciljem detaljne analize njihovog rada. Tijekom eksperimentalnih istraživanja detaljno je ispitana stabilnost fotokatalizatora u različitim uvjetima rada, a provedena je i usporedba fizičko-kemijskih i fotokatalitičkih značajki komercijalno dostupnih izvora TiO2, tj. P25 (Degussa/Evonik), PC100 (Millenium) i PC500 (Millenium), pri čemu se najboljim pokazao najviše izučavani i primjenjivani TiO2 - P25.Primjenom različitih instrumentalnih metoda (kao što su SEM, FT-IR, XRD, BET) provedeno je detaljno određivanje fizičko-kemijskih, morfoloških, toplinskih i elektrokemijskih značajki katalizatora s ciljem utvrđivanja njihove povezanosti s fotokatalitičkim značajkama. U završnom dijelu rada predloženi su odgovarajući kinetički modeli koji su uvršteni u reaktorski model te je provedena procjena parametara modela i ocjena prihvatljivosti predloženih modela. Na temelju provedenih istraživanja nađeno je da sloj TiO2 fotokatalizatora imobiliziran na staklena vlakna primjenom kitozana kao aditiva pokazuje zadovoljavajuću stabilnost s obzirom na otpuštanje titanija i otapanje kitozana u uvjetima rada primijenjenim u ovom istraživanju, što je potvrđeno primjenom različitih instrumentalnih metoda (AAS i TOC). Tijekom istraživanja nije zamijećen pad aktivnosti fotokatalizatora, što ukazuje na mogućnost njegove potencijalne primjene u realnim sustavima Fotolitičkom i fotokatalitičkom reakcijom dolazi do potpune razgradnje terbutilazina, pri čemu fotokatalitičkom razgradnjom u znatnoj mjeri nastaje cijanurna kiselina kao konačni produkt. Pri razgradnji dikambe i acetoklora dolazi do potpune mineralizacije. Utvrđeno je da protok zraka pri aeraciji reakcijske smjese značajno utječe na učinkovitost fotokatalitičke razgradnje terbutilazina i dikambe zbog usporavanja rekombinacije parova elektron-šupljina na površini fotokatalizatora. Povećanje protoka recirkulacije reakcijske smjese kroz reaktor također pozitivno utječe na učinkovitost fotokatalitičke razgradnje, što se objašnjava smanjenjem debljine graničnog sloja odnosno smanjenjem otpora prijenosu tvari međufaznom difuzijom. Ukupni model sustava uključuje model cijevnog reaktora i model aeratora kao dva međusobno povezana podsustava. Prilikom izvođenja kinetičkog modela pretpostavljena je složena slijedna reakcija koja u prvom stupnju uključuje razgradnju terbutilazina do odgovarajućih međuprodukata, a u drugom stupnju razgradnju međuprodukata do cijanurne kiseline kao konačnog produkta razgradnje. Predloženi ukupni model procesa pokazivao je dobro slaganje s eksperimentalnim rezultatima što ukazuje na njegovu prihvatljivost za detaljno opisivanje procesa izučavanog u okviru ovog rada.

acetoklor; dikamba; TiO2 heterogena fotokataliza; imobilizacija TiO2; kinetička analiza; kitozan; nestacionarni cijevni fotoreaktor; terbutilazin

nije evidentirano