Αποδόμηση υδάτινων οργανικών ρύπων με τεχνικές υπερήχων, φωτοκατάλυσης, αντίδρασης Fenton και συνδυασμών

Abstract

Το νερό αποτελεί θεμελιώδη παράγοντα για τη δημιουργία και τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη μας. Επίσης, είναι το πιο διαδεδομένο υγρό στη φύση, αφού περίπου το 70% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από νερό. Ένα από τα βασικότερα προβλήματα που σχετίζονται με την ποιότητα του νερού και απειλούν την αειφόρο ανάπτυξη των υδατικών πόρων είναι η ρύπανση των υδάτων. Η χρήση συνθετικών χρωμάτων για βαφή προϊόντων, από τις βιομηχανικές μονάδες παραγωγής πλαστικών, ένδυσης, τροφίμων, φαρμάκων κ.α., παράγουν τεράστιες ποσότητες υδάτινων λυμάτων, τα οποία απορρίπτονται στο περιβάλλον προκαλώντας καταστροφικές συνέπειες. Επιπλέον, η τοξικότητα τόσο των αρχικών χρωστικών, όσο και των ενδιάμεσων προϊόντων που προκύπτουν κατά την κατεργασία τους είναι ιδιαίτερα αυξημένη, ενώ μέσω της τροφικής αλυσίδας μπορεί εν τέλει να μεταφερθεί και στον άνθρωπο.

Έτσι η επεξεργασία και η αποδόμηση των παραπάνω ρύπων κρίνεται αναγκαία πριν από την απόρριψη τους, για την προστασία του περιβάλλοντος και την ευημερία της κοινωνίας. Ακόμη όμως και με τις σύγχρονες μεθόδους κατεργασίας αποβλήτων, υπάρχουν σοβαρά προβλήματα με τις περισσότερες από τις πιο συνηθισμένες νέες χρωστικές ουσίες, όπως είναι οι αζωενώσεις (azo compounds), εξαιτίας της δυσκολίας οξείδωσης τους προς ακίνδυνα προϊόντα (διοξείδιο του άνθρακα και νερό), με αποτέλεσμα να έχουν υψηλούς χρόνους παραμονής στα υδατικά οικοσυστήματα. Η ετερογενής φωτοκατάλυση ανήκει στις Προχωρημένες Διεργασίες Οξείδωσης και χρησιμοποιείται για τη επεξεργασία υγρών αποβλήτων αλλά και αέριων ρύπων που εμπεριέχουν οργανικά κυρίως μόρια. Αυτές οι μέθοδοι κατεργασίας αποτελούν οξειδωτικές διεργασίες που μιμούνται τις διεργασίες που παρατηρούνται στη φύση και συμβάλλουν στη διαδικασία αυτοκαθαρισμού και ισορροπίας σε αυτή.

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, η φωτοκατάλυση με τη χρήση καταλυτών νανοσωματιδίων οξειδίων των μεταβατικών μετάλλων, αποδείχτηκε χρήσιμη ως προς την αποδόμηση των οργανικών ρύπων. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή εξετάζεται η αποτελεσματικότητα Μεθόδων Προηγμένης Οξείδωσης, όπως της φωτοκατάλυσης με καταλύτες, το αντιδραστήριο Fenton, το διοξείδιο της Τιτανίας (TiO2) και σύνθετα αυτής, η ακτινοβόληση με υπερήχους, καθώς και ο συνδυασμός των παραπάνω τεχνικών, προκειμένου να επιτευχθεί ο βέλτιστος βαθμός αποδόμησης υγρών οργανικών ρύπων. Συγκεκριμένα εξετάζεται ο αποχρωματισμός των υδατικών διαλυμάτων, του μπλε του μεθυλενίου (ΜΒ) ενός κατιονικού χρώματος και του ερυθρού του Κογκό (CR), ενός αζωχρώματος, με τη χρήση καταλυτών TiO2, CdS, CdS-TiO2, ZnO, ZnO–CdS, σε υδατικά διαλύματα, σε δεδομένες συνθήκες χρόνου, συγκέντρωσης διαλύματος, θερμοκρασίας, ποσότητας καταλύτη και pH. Οι ρύποι αυτοί απαντώνται σε υγρά απόβλητα βιομηχανιών κλωστοϋφαντουργίας και βυρσοδεψίας, ως υπολείμματα από τις διαδικασίες βαφής των ινών. Αρχικά, μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική οξείδωση του διοξειδίου του τιτανίου χωρίς παρουσία υπερήχων, συχνότητας 860 kHz. Στη συνέχεια, εξετάστηκε η δράση των αντιδραστηρίων Fenton και photo – Fenton σε αντίστοιχες συνθήκες, ώστε να προκύψουν συγκρίσιμα δεδομένα ως προς την αποτελεσματικότητα των συγκεκριμένων Μεθόδων Προηγμένης Οξείδωσης (AOPs). Λόγω της πολυπλοκότητας στη δομή του αζωχρώματος και του κατιονικού χρώματος, ελήφθησαν διαφορετικά ποσοστά αποδόμησης του οργανικού ρύπου για κάθε χρώμα.