ФОТОКАТАЛІТИЧНЕ ОЧИЩЕННЯ ВОД, ЗАБРУДНЕНИХ ФЕНОЛАМИ
Радомська Маргарита Мирославівна
Національний авіаційний університет, Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0002-8096-0313
Гусєва Аліна Віталіївна
Національний авіаційний університет, Київ, Україна
DOI: 10.52363/2522-1892.2021.2.1
Ключові слова: фотокаталіз, забруднення води, феноли, стічні води, каталізатор, оксид титану
Анотація
Проведено аналіз загроз довкіллю та здоров'ю людей, зумовлених присутністю фенолів у природних водах та показано необхідність подальшого вдосконалення методів їх знищення. Оскільки феноли є токсичними речовинами у незміненій формі і є попередниками токсичних метаболітів в організмі людини, їх слід контролювати в природних і стічних водах. Вони включені до переліків пріоритетних поллютантів у національних нормативних актів у всьому світі, оскільки сприяють утворенню стійких органічних забруднювачів довкілля в присутності інших активних радикалів. Для деструкції фенолів та їх похідних у воді без утворення залишкового забруднення слід надавати перевагу фізико-хімічним методам. Проведено порівняльне вивчення можливих методів, описаних у наукових роботах, з точки зору їх ефективності та технічної складності. Аналіз показав необхідність розробки малоенергоємного методу, який потребує мінімального обладнання та буде дієвим при застосуванні у промислових умовах для очищення стічних вод, забруднених фенолом. Серед можливих методів, що відповідають зазначеним критеріям, перспективним виявилося фотокаталітичне руйнування фенолів. Була проведена серія експериментів з використанням ряду водних розчинів фенолу та різних доз каталізаторів. Каталізатори, використані в експериментах, включали 6 модифікацій оксиду титану та ферит вісмуту. Початкову та залишкову концентрацію фенолу контролювали за допомогою високоефективної рідинної хроматографії. Іншими незалежними змінними були тривалість експозиції та тип світла. Результати всієї послідовності експериментів продемонстрували більш високу ефективність рутилу при видимому світлі та протягом години експозиції. Перевірена фотокаталітична система є простою і тому технічно та економічно доцільною.
Посилання
1. Fiedler H. The Stockholm Convention: A Tool for the Global Regulation of Persistent Organic Pollutants / H. Fiedler, R. Kallenborn, J. de Boer, L K. Sydnes // Chemistry International. – 2019. – Vol. 41, No. 2. – P. 4–11. – DOI: 10.1515/ci-2019-0202.
2. Mainali K. Phenolic Compounds Contaminants in Water: A Glance / K. Mainali // Current Trends in Civil & Structural Engineering. – 2020. – Vol. 4, No. 4. – P. 1–3. – DOI: 10.33552/CTCSE.2020.04.000593.
3. Davı̀ M. L. Phenolic compounds in surface water / M. L. Davı̀, F. Gnudi // Water Research. – 1999. – Vol. 33(14). – P. 3213–3219. – DOI: 10.1016/S0043-1354(99)00027-5.
4. Bruce R. M. Summary review of the health effects associated with phenol / R. M. Bruce, J. Santodonato, M. W. Neal // Toxicollogy and Industrial Health. – 1987. – No. 3(4). – P. 535–568. – DOI: 10.1177/074823378700300407.
5. Pradeep N. V. Biological removal of phenol from wastewaters: a mini review / N. V. Pradeep, S. Anupama, K. Navya // Applied Water Science. – 2015. – No. 5. – P. 105–112. – DOI: 10.1007/s13201-014-0176-8.
6. Mahugo‐Santana C. Analytical methodologies for the determination of nitroimidazole residues in biological and environmental liquid samples: a review / C. Mahugo‐Santana, Z. Sosa‐Ferrera, M. E. Torres‐Padrón, J. J. Santana‐Rodríguez // Analytica Chimica Acta. – 2010. – No. 665. –
P. 113–122. – DOI: 10.1016/j.aca.2010.03.022.
7. Schweigert N. Chemical properties of catechols and their molecular modes of toxic action in cells, from microorganisms to mammals / N. Schweigert, A. J. Zehnder, R. I. Eggen // Environmental Microbiology. – 2001. – Vol. 3. – P. 81–90. DOI: 10.1046/j.1462-2920.2001.00176.x.
8. Vom Saal F. S. An extensive new literature concerning low‐dose effects of bisphenol A shows the need for a new risk assessment / F. S. Vom Saal, C. Hughes // Environmental Health Perspectives. – 2005. – Vol. 133. – P. 926–933. – DOI: 10.1289/ehp.7713.
9. Anku W. W. Phenolic Compounds in Water: Sources, Reactivity, Toxicity and Treatment Methods / W. W. Anku, M. A. Mamo, P. P. Govender // Phenolic Compounds – Natural Sources, Importance and Applications / Ed. M. Soto-Hernandez, M. Palma-Tenango, M. del Rosario Garcia-Mateos. – IntechOpen, 2017. – P. 419–443. – DOI: 10.5772/66927.
10. Abd Gami A. Phenol and its toxicity / A. Abd Gami, M. Y. Shukor, K. A. Khalil, F. A. Dahalan, A. Khalid, S. A. Ahmad // Journal of Environmental Microbiology and Toxicology. – 2014. – Vol. 2(1). – P. 11–23.
11. Villegas L. G. C. A Short Review of Techniques for Phenol Removal from Wastewater / L. G. C. Villegas, N. Mashhadi, M. Chen, D. Mukherjee, K. E. Taylor, N. Biswas // Current Pollution Reports. – 2016. – No. 2. – P. 157–167. DOI: 10.1007/s40726-016-0035-3.
12. Grabowski L. R. Removal of phenol from water: a comparison of energization methods / L. R. Grabowski, E. M. van Veldhuizen, W. R. Rutgers // Journal of Advanced Oxidation Technologies, 2005. – Vol. 8(2). – P. 142–149. – DOI: 10.1515/jaots-2005-0204.
13. Mohammadi S. Phenol removal from industrial wastewaters: a short review / S. Mohammadi, A. Kargari, H. Sanaeepur, K. Abbassian, A. Najafi, E. Mofarrah // Desalination and Water Treatment. – 2015. – Vol. 53(8). – P. 2215–2234. – DOI: 10.1080/19443994.2014.883327.
14. Kulkarni S. J. Review on research for removal of phenol from wastewater / S. J. Kulkarni, J. P. Kaware // International journal of scientific and research publications. – 2013. – Vol. 3(4). – P. 1–5.
15. Mirian Z.‐A. Removal of phenol content of an industrial wastewater via a heterogeneous photodegradation process using supported FeO onto nanoparticles of Iranian clinoptilolite / Z.‐A. Mirian, A. Nezamzadeh‐Ejhieh // Desalination and Water Treatment. – 2016. – Vol. 57. –
P. 16483–16494. – DOI: 10.1080/19443994.2015.1087881.
16. Al‐Kandari H. Enhanced photocatalytic degradation of a phenolic compounds’ mixture using a highly efficient TiO2/reduced graphene oxide nanocomposite / H. Al‐Kandari, A. Abdullah, A. Mohamed, S. Al‐Kandari // Journal of Materials Science. – 2016. – Vol. 114. – P. 1–15. – DOI: 10.1007/s10853-016-0074-6.
17. Abdollahi Y. Photocatalytic degradation of p‐Cresol by zinc oxide under UV irradiation / Y. Abdollahi, A. H. Abdullah, Z. Zainal, N. A. Yusof // International Journal of Molecular Sciences. – 2011. – Vol. 13. – P. 302–315. – DOI: 10.3390/ijms13010302.
18. Asmaly H. A. Ferric oxide nanoparticles decorated carbon nanotubes and carbon nanofibers: From synthesis to enhanced removal of phenol / H. A. Asmaly, B. Abussaud, T. A. Saleh, V. K. Gupta, M. A. Atieh // Journal of Saudi Chemical Society. – 2015. – Vol. 19. – P. 511–520. – DOI: 10.1016/j.snb.2015.01.100.
19. Feng Y.‐B. High‐efficiency catalytic degradation of phenol based on the peroxidase‐like activity of cupric oxide nanoparticles / Y.‐B. Feng, L. Hong, A.‐L. Liu, W.‐D. Chen, G.‐W. Li, W. Chen, X.‐H. Xia // International Journal of Environmental Science and Technology. – 2015. – Vol. 12. – P. 653–660. – DOI: 10.1007/s13762-013-0442-6.
20. Shahrezaei F. Photodegradation and removal of phenol and phenolic derivatives from petroleum refinery wastewater using nanoparticles of TiO2 /F. Shahrezaei, A. Akhbari, A.A. Rostami // International journal of energy and environment. – 2011. – Vol. 3, Issue 2. – P. 267–274.
21. Suzuki H. Evaluation of advanced oxidation processes (AOP) using O3, UV, and TiO2 for the degradation of phenol in water / H. Suzuki, S. Araki, H. Yamamoto // Journal of Water Process Engineering. – 2015. – Vol. 7. – P. 54–60. – DOI: 10.1016/j.jwpe. 2015.04.011.
22. Kartal Ö. E. Photocatalytic Destruction of Phenol by TiO2 Powders / Ö. E. Kartal, M. Erol, H. Oǧuz // Chemical Engineering and Technology. – 2001. – Vol. 24. – P. 645–649. – DOI : 10.1002/1521-4125(200106)24:6<645::AID-CEAT645>3.0.CO;2-L.
23. Norouzi M. Phenol contaminated water treatment by photocatalytic degradation on electrospun Ag/TiO2 nanofibers: Optimization by the response surface method / M. Norouzi, A. Fazeli, O. Tavakoli // Journal of Water Process Engineering. – 2020. – Vol. 37. – P. 10–19. – DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101489.