Procesy fotokatalityczne w ochronie środowiska degradacja antocyjanów E163 WS na naświetlanym TIO2
DOI:
https://doi.org/10.18559/SOEP.2017.7.9Słowa kluczowe:
Jakość wody, Woda, Przemysł spożywczy, Analiza zużycia wody, Ochrona środowiskaAbstrakt
W prezentowanym artykule przedstawiono wyniki badań nad możliwością degradacji śladowych ilości antocyjanów - ze skórek winogron Vitis vinifera L. (barwnik handlowy E163 WS) zawartych w wodzie (ściekach). Eksperymenty prowadzono w modelowych układach fotokatalitycznych: UV/E163/H2O/TiO2 oraz UV/E163/H2O. Stopień degradacji barwnika określano na podstawie pomiarów spektrofotometrycznych. Ilość zmineralizowanego barwnika w układzie UV/E163/ H2O/TiO2 była odwrotnie proporcjonalna do jego początkowego stężenia w badanym roztworze. Ubytek barwnika E163, wyrażany spadkiem absorbancji badanych roztworów spowodowanej degradacją fotokatalityczną, wyniósł od 40% do 88%, w zależności od początkowego stężenia barwnika w roztworze. Na podstawie prze-prowadzonych badań kinetycznych stwierdzono, że w badanym zakresie stężeń bar-wnika E163 WS proces fotokatalityczny wykazuje odstępstwa od ogólnie przyjętego modelu Langmuira-Hinshelwooda. Powodem tego zjawiska jest m.in. duży udział tzw. homogenicznej fotodegradacji substratu (w układzie UV/E163/H2O) (45-68%) w stosunku do procesu zachodzącego w układzie heterogenicznym, UV/E163/H2O/ TiO2. Zbadany przebieg zmian pH podczas naświetlania wykazał tworzenie się po-chodnych kwasowych fotoutleniania antocyjanów. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że procesy fotokatalityczne, należące do tzw. procesów zaawansowanego utleniania (AOP, Advanced Oxidation Processes) mogą stanowić alternatywę dla tradycyjnych metod oczyszczania ścieków przemysłu spożywczego.
Pobrania
Bibliografia
Bard, A.J., 1979, Photoelectrochemistry and Heterogeneous Photocatalysis at Semiconductors, Journal of Photochemistry, vol. 10, pp. 59-75, DOI: 10.1016/0047-2670(79)80037-4.
Zobacz w Google Scholar
Chang, C.-Y., Hsieh, Y.-H., Hsieh, L.-L., Yao, K.-S., Cheng, T.-C., 2009, Establishment of Activity Indicator of TiO2 Photocatalytic Reaction - Hydroxyl Radical Trapping Method, Journal of Hazardous Materials, vol. 166, pp. 897-903, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.11.092.
Zobacz w Google Scholar
Chong, M.N., Jin, B., Chow, C.W.K., Saint, C., 2010, Recent Developments in Photocatalytic Water Treatment Technology: A Review, Water Research, vol. 44, pp. 2997-3027, DOI: 10.1016/j.watres.2010.02.039.
Zobacz w Google Scholar
Dobosz, A., Sobczyński, A., 2003, The Influence of Silver Additives on Titania Photoactivity in the Photooxidation of Phenol, Water Research, vol. 37, pp. 1489-1496, DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00559-6.
Zobacz w Google Scholar
Gaya, U.I., Abdullah, A.H., 2008, Heterogeneous Photocatalytic Degradation of Organic Contaminants over Titanium Dioxide: A Review of Fundamentals, Progress and Problems, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, vol. 9, pp. 1-12, DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2007.12.003.
Zobacz w Google Scholar
Gogate, P.R., Pandit, A.B., 2004, A Review of Imperative Technologies for Wastewater Treatment II. Hybrid Methods, Advances in Environmental Research, vol. 8, pp. 553-597, DOI: 10.1016/S1093-0191(03)00031-5.
Zobacz w Google Scholar
Główny Urząd Statystyczny, 2010, Ochrona środowiska 2010, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/se_ochrona_sro-dowiska_2010r.pdf.
Zobacz w Google Scholar
Główny Urząd Statystyczny, 2011, Ochrona środowiska 2011, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/se_ochrona_sro-dowiska_2011.pdf.
Zobacz w Google Scholar
Główny Urząd Statystyczny, 2012, Ochrona środowiska 2012, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, [http://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/se_ochrona_sro-dowiska_2012.pdf].
Zobacz w Google Scholar
Główny Urząd Statystyczny, 2013, Ochrona Środowiska 2013, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/ pl/ defaultaktualnosci/5484/1/14/1/se_ochrona_srodowiska_2013.pdf.
Zobacz w Google Scholar
Główny Urząd Statystyczny, 2014, Ochrona środowiska 2013, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/pl/defaultaktualnosci/5484/1/15/1/ochrona_srodowiska_2014.pdf.
Zobacz w Google Scholar
Grzechulska-Damszel, J., Orecki, A., Mozia, S., Tomaszewska, M., Morawski, A.W., 2006, Możliwości i perspektywy oczyszczania wody i ścieków w układzie fotokataliza/procesy membranowe, Przemysł Chemiczny, nr 8-9, pp. 1011-1014.
Zobacz w Google Scholar
Iino, K., Kitano, M., Takeuchi, M., Matsuoka, M., Anpo, M., 2006, Design and Development of Second-Generation Titanium Oxide Photocatalyst Materials Operating under Visible Light Irradiation by Applying Advanced Ion-Engineering Techniques, Current Applied Physics, vol. 6, pp. 982-986, DOI: 10.1016/j.cap.2005.07.002.
Zobacz w Google Scholar
Kasztelan, A., 2008, Oddziaływanie przemysłu spożywczego na środowisko naturalne, Przemysł Spożywczy, nr 10, pp. 60-65.
Zobacz w Google Scholar
Konieczny, P., Szymański, M., 2004, Ścieki przemysłu spożywczego - charakterystyka, zagrożenia, korzyści, Forum Eksploatatora, nr 3-4, pp. 19-23.
Zobacz w Google Scholar
Konieczny, P., Szymański, M., 2007, Ścieki i osady z przemysłu spożywczego – charakterystyka problemu w aspekcie zagrożeń i korzyści, Przegląd Komunalny, nr 2, pp. 35-40.
Zobacz w Google Scholar
Konieczny, P., Szymański, M., 2008, Różnorodność zastosowań chemii, Przegląd Komunalny, nr 2, pp. 40-44.
Zobacz w Google Scholar
Kusic, H., Koprivanac, N., Bozic, A.L., 2006, Minimisation of Organic Pollutant Content in Aqueous Solution by Means of AOPs: UV - and Ozone Based Technologies, Chemical Engineering Journal, vol. 123, pp. 127-137, DOI: 10.1016/j. cej.2006.07.011.
Zobacz w Google Scholar
Lawless, D., Serpone, N., Meisel, D., 1991, Role of Hydroxyl Radicals and Trapped Holes in Photocatalysis. A Pulse Radiolysis Study, Journal of Physical Chemistry, vol. 95, pp. 5166-5170, DOI: 10.1021/j100166a047.
Zobacz w Google Scholar
Legrini, O., Oliveros, E., Braun, A.M., 1993, Photochemical Processes for Water Treatment, Chemical Review, vol. 93, pp. 671-698, DOI: 10.1021/cr00018a003.
Zobacz w Google Scholar
Okamoto, K., Yamamoto, Y., Tanaka, H., Itaja, A., 1985, Kinetics of Heterogeneous Photocatalytic Decomposition over Anatase TiO2 Powder, Bulletin of the Chemical Society of Japan, vol. 58, pp. 2023-2028, DOI: 10.1246/bcsj.58.2023.
Zobacz w Google Scholar
Robert, D., Malato, S., 2002, Solar Photocatalysis: A Clean Process for Water Detoxification, The Science of the Total Environment, vol. 291, pp. 85-97, DOI: 10.1016/S0048-9697(01)01094-4.
Zobacz w Google Scholar
Sobczyński, A., Dobosz, A., 2001, Water Purification by Photocatalysis on Semiconductors, Polish Journal of Environmental Studies, vol. 10 no. 4, pp. 195-205.
Zobacz w Google Scholar
Sobczyński, A., Duczmal, Ł., Dobosz, A., 1999, Photocatalysis by Illuminated Titania: Oxidation of Hydroquinone and p-Benzoquinone, Monatshefte fur Chemie, vol. 130, pp. 377-384, DOI: 10.1007/PL00010219.
Zobacz w Google Scholar
Sobczyński, A., Duczmal, Ł., Zmudziński, W., 2004, Phenol Destruction by Photocatalysis on TiO2: An Attempt to Solve the Reaction Mechanism, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 213, pp. 225-230, DOI: 10.1016/j.molcata.2003.12.006.
Zobacz w Google Scholar
Sobczyński, A., Gimenez, J., Cervera-March, S., 1996, A Fluidised Photoreactor Design for Water Detoxification by Photocatalysis, Polish Journal of Applied Chemistry, vol. 40, pp. 103-114.
Zobacz w Google Scholar
Sobczyński, A., Gimenez, J., Cervera-March, S., 1997, Photodecomposition of Phenol in a Flow Reactor: Adsorption and Kinetics, Monatschefte fur Chemie, vol. 128, pp. 1109-1118, DOI: 10.1007/BF00807561.
Zobacz w Google Scholar
Stafford, U., Gray, K.A., Kamat, P.V., 1994, Radiolytic and TiO2 Assisted Photocatalytic Degradation of 4-Chlorophenol, A Comparative Study, Journal of Physical Chemistry, vol. 98, pp. 6343-6351, DOI: 10.1021/j100076a019.
Zobacz w Google Scholar
Turchi, C.S., Ollis, D.F., 1990, Photocatalytic Degradation of Organic Water Contaminants: Mechanisms Involving Hydroxyl Radical Attack, Journal of Catalysis, vol. 122, pp. 178-192, DOI: 10.1016/0021-9517(90)90269-P.
Zobacz w Google Scholar
Zmudziński, W., 2009, Preliminary Results of Purification of Dairy Sewage by Photocatalysis on Titania, Polish Journal of Environmental Studies, vol. 18, pp. 1225-1228.
Zobacz w Google Scholar
Zmudziński, W., 2011, Fotokatalityczna degradacja tłuszczu mlecznego, w: Pachołek, B., Małecka, M., (red.), Towaroznawstwo żywności w zaspokajaniu potrzeb konsumenta, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, nr 206, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, Poznań, pp. 243-250.
Zobacz w Google Scholar
Zmudziński, W., 2012, Poprawa jakości wody z wykorzystaniem procesów fotokatalitycznych. Badania w układach modelowych zawierających sacharozę, Towaroznawcze Problemy Jakości, vol. 3, pp. 105-113.
Zobacz w Google Scholar
Zmudziński, W., Sobczyńska, A., Sobczyński, A.,2007, Oxidation of Phenol and Hexanol on their Binary Mixtures on Illuminated Titania: Kinetic Studies, Reaction Kinetics and Catalysis Letters, vol. 90, pp. 293-300, DOI: 10.1007/s11144-007-4984-9
Zobacz w Google Scholar
