Απομάκρυνση της μικροκυστίνης-LR, μέσω ενισχυμένης φωτοκατάλυσης της τιτάνιας με οξειδωτικά που παράγουν θειϊκές ρίζες
Date Issued
2016
Author(s)
Advisor
Abstract
Η παρούσα πτυχιακή εργασία αποσκοπούσε στην επεξεργασία δειγμάτων νερού για την απομάκρυνση της κυανοτοξίνης μικροκυστίνη-LR (MC-LR), μέσω Προχωρημένων Οξειδωτικών Μεθόδων Αντιρρύπανσης (ΠΟΜΑ). Η εν λόγω έρευνα επιλέχθηκε για να συνδυάσει τις θειικές ρίζες που παράγονται από οξειδωτικά (υπερθειϊκό κάλιο (PS, K2S2O8) και υπεροξυμονοθειικό κάλιο (PMS, KΗSΟ5)) μαζί με τη φωτοκατάλυση της τιτάνιας (TiO2). Αρχικά βρέθηκαν οι βέλτιστες πειραματικές συνθήκες για την διεξαγωγή των πειραμάτων με συγκέντρωση της MC-LR ~5 mg/L, συγκέντρωση της TiO2 10 mg/L και συγκέντρωση των οξειδωτικών 10 mg/L (γραμμοϊσοδύναμα του PS) και η απόσταση του δοχείου αντίδρασης από το λαμπτήρα UVA ήταν στα 20 cm. Σε αυτή την απόσταση υπολογίστηκε η μέση ροή φωτονίων για λ=365 nm να ισούται με 35.58±3.06 W (και προσδιορίστηκε με την Aκτινομετρία τρις οξαλικού σιδηρούχου (ΙΙΙ) καλίου, K3[Fe(C2O4)3]). Θέλαμε να προσδιορίσουμε τον τύπο των ριζών μέσω της ενισχυμένης φωτοκατάλυσης με τη χρήση εκλεκτικών καταστολέων ως προς τις θειικές και τις υδροξυλικές ρίζες. Αυτό πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της μεθανόλης (ΜeOH), η οποία παράγει θειικές και υδροξυλικές ρίζες, καθώς επίσης και τη χρήση της τετρα-βουτυλικής αλκοόλης (TBA), η οποία παράγει μόνο υδροξυλικές ρίζες. Η ΜeOH και η TBA που χρησιμοποιήθηκαν ως ανιχνευτές με μοριακή αναλογία [ανιχνευτή] / [οξειδωτικό] = 1000 συνδυάστηκαν και με τα δυο οξειδωτικά (PS και PMS) και τα αποτελέσματα δείχνουν ότι και οι δύο τύποι ριζών έχουν σημαντική συμβολή στην απομάκρυνση της MC-LR. Στην εν λόγω μελέτη έγινε επίσης ανίχνευση των ενδιάμεσων προϊόντων οξείδωσης που σχηματίστηκαν κατά την συμβατική και ενισχυμένη φωτοκατάλυση για την απομάκρυνση της MC-LR. Η αρχική συγκέντρωση της τοξίνης σε αυτά τα πειράματα ήταν ~10 mg/L και η ανάλυση των δειγμάτων έγινε στην UPLC/MS/MS. Έμφαση δόθηκε στα αρχικά στάδια αποδόμησης της MC-LR με συμβατική και ενισχυμένη φωτοκατάλυση, όπου ανιχνεύτηκαν νέα ενδιάμεσα προϊόντα οξείδωσης με m/z = 1027,5, τα οποία αντιστοιχούν σε δύο αντικαταστάσεις υδροξυλίου των ακόρεστων δεσμών του άνθρακα της τοξίνης. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτή είναι η πρώτη μελέτη που γίνεται αναφορά σε πολλαπλά ενδιάμεσα προϊόντα που αντιστοιχούν σε m/z = 1027,5, σε σχέση με άλλη μελέτη που χρησιμοποίησαν συμβατική φωτοκατάληση του TiO2 ή ενίσχυση με οξειδωτικά (H2O2) της φωτοκατάλυσης του TiO2. Η τοξικότητα των δειγμάτων αξιολογήθηκε με βιοδοκιμές που μετρούν την αναστολή του
v
ενζύμου πρωτεινική φωσφατάση (ΡΡ1). Τα αποτελέσματα των βιοδοκιμών έδειξαν ότι η σειρά για πλήρη μείωση της τοξικότητας ήταν UVA/TiO2/PMS (5 λεπτά) > UVA/TiO2/PS (10 λεπτά) >> UVA/TiO2 (15 λεπτά). Τέλος τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι δύο ρίζες που αντιδρούν από τους εκλεκτικούς καταστολείς και με τα δύο οξειδωτικά έχουν σημαντική συμβολή μέσω τις ενισχυμένης φωτοκατάλυσης τoυ TiO2 για την απομάκρυνση της MC-LR. Η σειρά απόδοσης των επεξεργασιών στα 5 λεπτά ήταν UVA/TiO2/PS/TBA > UVA/TiO2/PMS/TBA >> UVA/TiO2/PS/MeOH >>> UVA/TiO2/PMS/MeOH.
v
ενζύμου πρωτεινική φωσφατάση (ΡΡ1). Τα αποτελέσματα των βιοδοκιμών έδειξαν ότι η σειρά για πλήρη μείωση της τοξικότητας ήταν UVA/TiO2/PMS (5 λεπτά) > UVA/TiO2/PS (10 λεπτά) >> UVA/TiO2 (15 λεπτά). Τέλος τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι δύο ρίζες που αντιδρούν από τους εκλεκτικούς καταστολείς και με τα δύο οξειδωτικά έχουν σημαντική συμβολή μέσω τις ενισχυμένης φωτοκατάλυσης τoυ TiO2 για την απομάκρυνση της MC-LR. Η σειρά απόδοσης των επεξεργασιών στα 5 λεπτά ήταν UVA/TiO2/PS/TBA > UVA/TiO2/PMS/TBA >> UVA/TiO2/PS/MeOH >>> UVA/TiO2/PMS/MeOH.