降解活性蓝19 (RB19)绿色过程基于Peroxymonocarbonate氧化系统

文摘

peroxymonocarbonate(的有效性 )的降解活性蓝19 (RB19)纺织染料在本研究调查。的形成动力学生产原位在一个系统研究了控制实验条件的调查RB19退化在温和的条件。金属离子催化剂的影响,pH值,输入和有限公司^{2 +}浓度,紫外线辐射进行了研究。所得结果表明,有限公司^{2 +}离子的最高效率加速由H RB19退化的速度₂O₂- - - - - -系统。在7 - 10的pH值范围,pH值越高导致染料降解更快。反应RB19退化对公司的订单^{2 +}和HCO₃^{- - - - - -}分别被确定为1.2和1.7。紫外线辐照显著提高了激进的氧化体系的形成,导致降解效率高。去除COD、TOC、和高效液相色谱结果清楚地显示完整的RB19的矿化系统。

1。介绍

活性染料在纺织行业发挥着重要的作用。然而,他们可能会导致严重的环境问题,因为他们往往是不能生物降解的和有毒的水生系统由于其复杂的芳香分子结构(1]。一旦被排放到环境中没有破坏性治疗,这些水溶性染料可以保持很长一段时间,改变水体的质量,防止光线渗透和阻碍光合作用,从而影响生态系统(2]。在活性染料、蒽醌染料含有活性组与钢筋结构,这使得他们很难自然降解,可以在动物生物累积性的3]。例如,估计半衰期C.I.活性蓝19日在pH值7.0和25°C基于动力学的研究ca。46年(4]。这些活性染料的生态毒性的担忧导致了需要开发更有效的方法为他们的工业废水在排放水体的修复。纺织废水处理不仅是脱色降解和矿化染料分子。

染料处理技术、高级氧化过程(aop)吸引了越来越多的关注,原因在于其效率和能力彻底去除废水中的污染物的废水。这些aop基于强烈的活动原位形成自由基,其中最常见的是激进的的氧化还原电势+ 2.8 V。由于其强氧化能力,有机物质可以被完全矿化有限公司₂和H₂o .一些典型的激进的一代包括芬顿过程活跃,peroxone, H₂O₂/紫外线,O₃/紫外线,TiO₂/紫外线。

包含RB19 photochemical-based AOP纺织废水染料研究使用UV / K₂年代₂O₈系统(5]。结果表明,只有50%的RB19染料被5小时后在黑暗中系统,而紫外线照射过一个给一个完整的颜色除在不到30分钟,78.5%的鳕鱼的辐照时间3小时后被移除。脱色率是安装伪一阶动力学模型对染料浓度。另一项研究在紫外线辐照影响RB19脱色进行了德黑兰等人,他们比较了RB19脱色效率通过臭氧化和UV-enhanced臭氧化显示,紫外线照射,水银灯只增加COD去除效率,不脱色效率6]。

在先进的氧化过程中,除了 , ,和激进分子,其他氧化剂等 , ,和也发挥了至关重要的作用在氧化性能7]。Peroxymonocarbonate (HCO₄^{- - - - - -})离子是一个活跃的氧化剂氧化的有机化合物(8,9]。这种氧化剂被证明有100 - 500倍相比,有机硫化物氧化反应性过氧化氢(10]。虽然和自由基活性低于报告 ,他们发生在更高的浓度和更长的寿命可能提供足够的氧化潜力。的另一个优点和自由基是一个简单的生产工艺。

的一个主要好处氧化过程的基于peroxymonocarbonate系统对环境的绿色。因为它可以通过混合做好准备与或 ,氧化过程不需要昂贵和有毒化学物质和能源需求。此外,它不产生二次污泥浪费或者要求化学调节pH值而芬顿过程。

这项工作的目的是两倍:(i)评估的有效性原位生成的氧化剂的系统退化RB 19纺织染料在不同实验条件下和(2)来验证产品的RB19氧化降解系统基于。

2。材料和实验过程

2.1。化学品和设备

活性蓝19染料从Sigma-Aldrich购买。其他化学药品和试剂用于本研究均为分析纯,用作收到没有任何进一步净化。

的RB19退化监控通过测量RB19吸光度在588 nm使用Biochrom天秤座S60紫外可见分光光度计。降解效率计算使用以下方程:RB19退化(%)= (C_o−C_t)/C_o×100%,C_o和C_t最初,剩余RB19浓度(ppm)的时间吗t(最低),分别。这些浓度测定用标准曲线腹肌= (8.4±0.1).10³C_RB19(毫克/升)(R²= 0.999)的LOD和定量限0.7和2.3 mg / L,分别。酸碱值是衡量Lab850计14 pH电极(蓝线)。COD值是由氧化标准方法(11]。总碳和总无机碳测定multi-N / C 2100 TOC分析仪(德国耶拿分析仪器公司AG)。产物日本岛津公司配备了PDA-M20A探测器是用来调查产品的退化。乙腈和磷酸缓冲在pH值为4.7 (50/50,v / v)作为流动相的流速1毫升/分钟,注射量20μL,烤箱温度40°C。

2.2。实验的程序

2.2.1。原位Peroxymonocarbonate准备

Peroxymonocarbonate ( )解决方案准备原位通过混合碳酸氢钠与过氧化氢的摩尔比率1:2在环境温度。动力学形成被监测评估在三个小时内浓度在不同的时间。在这个实验中,被修改后的碘量滴定的滴定分析方法(12]。在这,第一次被允许与碘化反应在较低温度下(低于−10°C)来防止H的效果呢₂O₂。形成了我₂然后使用淀粉指示剂滴定与硫代硫酸盐。

2.2.2。退化的RB19原位生成的在系统

不同参数对RB19退化的影响调查如表所示1包括金属离子催化剂(试验1 - 9),pH值(试验10 - 13)浓度(试验14 - 18),有限公司^{2 +}催化剂浓度(试验19 - 22日)和紫外线照射(试验24 - 28)。RB19浓度为100.0 mg / L在所有试验。每个实验重复三次。在试验1 - 5、8-22和26日的混合物和摩尔比为1:2准备50分钟前增加RB19解决方案进行染料脱色。试验1,250毫升的反应进行了批量反应堆控制在26日使用thermobath±1°C和彻底的混合电磁搅拌器如图1(a)。试验24 - 28,反应的解决方案与短波紫外线灯辐照(254 nm, 12 W)紫外线室由thermobath图中描述1(b),流动速度通过紫外线室是维持在100毫升/分钟使用循环泵。染料脱色是在指定的时间间隔进行抽样和测量光吸收的波长592 nm。


试验	pH值	((毫米)	((毫米)	[M^{2 +}]催化剂(毫克/升)	紫外线照射

1	8	10	20.	- - - - - -	没有
2 - 5	8	10	20.	0.1(倪^{2 +}、锰^{2 +}、锌^{2 +}、有限公司^{2 +})	没有
6	8	- - - - - -	200年	- - - - - -	没有
7	8	- - - - - -	200年	0.1(有限公司^{2 +})	没有
8	8	One hundred.	200年	- - - - - -	没有
9	8	One hundred.	200年	0.1(有限公司^{2 +})	没有
10 - 13	7,8,9,10	10	20.	0.1(有限公司^{2 +})	没有
在14到18岁	8	5、10、15、25日,30岁	40	0.1(有限公司^{2 +})	没有
19日至22日	8	20.	40	0.01,0.02,0.04,0.06(有限公司^{2 +})	没有
23	8	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	没有
24	8	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	是的
25	8	- - - - - -	20.	- - - - - -	是的
26	8	- - - - - -	20.	0.1(有限公司^{2 +})	是的
27	8	10	20.	- - - - - -	是的
28	8	10	20.	0.1(有限公司^{2 +})	是的

(一)

(b)

3所示。结果与讨论

3.1。形成Peroxymonocarbonate

peroxymonocarbonate离子产生原位的反应和根据下面的可逆反应13]:

确定最大的形成形成原位在系统中,HCO的变化₄^{- - - - - -}浓度与时间 : 摩尔比为1:2 ([)= 312.5毫米)进行了研究,结果在图给出2。这是显示成立伊始,达到最高浓度约50分钟,然后慢慢地减少。这种现象可以解释的分解后形成。

因此,染料的脱色实验代理在这项研究是由混合与50分钟前增加了染料溶液。

3.2。RB19降解系统

3.2.1之上。金属离子催化剂的影响

金属离子催化剂的影响(也就是说,倪^{2 +}、锰^{2 +}、锌^{2 +}、有限公司^{2 +}1 - 5(表)是研究通过执行试验1)。图所示的结果3揭示了公司的最重要的影响^{2 +}RB19的退化系统。RB19是退化的ca。90%,200分钟的有限公司^{2 +}与其他金属离子,而类似的系统如锰^{2 +}、锌^{2 +},倪^{2 +}和裸露的系统(没有金属离子)给了不到10%的降解效率。

阐明公司的角色^{2 +}RB19退化的代理,比较RB19降解效率不同的系统( , , ,和 ,试验提出了图6 - 9)4。它清楚地显示卓越的公司的有效性^{2 +}RB19退化的H₂O₂-HCO₃^{- - - - - -}系统。从图可以看出4RB19降解效率ca。80%在40分钟的反应时间系统,而其他三人( , ,和 )给了不到10%的降解效率。这种现象可以解释为公司的能力^{2 +}在催化氧化反应。在peroxyacid解决方案有限公司^{2 +}提高了过氧化化合物的分解产生自由基(14,15]。应用相同的机制,提出了激进分子是由以下反应:

有限公司^{3 +}然后减少再生有限公司^{2 +}:

这些激进分子与有机化合物反应通过很多步骤和最终形成有限公司₂和H₂o .有机化合物的氧化过程不断发生的关键作用有限公司^{2 +}/公司^{3 +}氧化还原电对的。

3.2.2。pH值的影响

研究了pH值不同pH值的影响从7到10并保持恒定的其他参数(试验10 - 13)。图所示的结果5表明,pH值的增加导致染料降解更快。然而,系统作为一个缓冲溶液的pH值ca。8。因此,在这项研究中使用的pH值调整到8为了最接近内在的pH值的解决方案。

3.2.3。的影响和催化剂浓度:RB19降解催化的动力学研究有限公司^{2 +}

学习的效果和有限公司^{2 +}催化剂浓度RB19退化,以及研究反应动力学,RB19退化进行了在不同的HCO₃^{- - - - - -}浓度(试验14 - 18),在不同的公司^{2 +}浓度(试验19 - 22日)。RB19浓度降低作为时间的函数。

从图可以看出6(一)RB19降解效率和增加率显著增加浓度从5毫米到30毫米,同时保持恒定的其他参数(和有限公司^{2 +}浓度、pH值)。这是因为增加的集中导致的增加根据平衡反应浓度:

(一)

(b)

同样,图7(一)显示了公司之间的比例关系^{2 +}浓度和RB19降解效率和反应速度。这样做的原因可能是增加有限公司^{2 +}如上面提到的复合物。

(一)

(b)

的情节 vs。时间如图6 (b)和7 (b)显示的动态退化RB19远装有一阶动力学模型由以下方程:

的反应速率RB19退化被认为是伪一阶动力学对RB19以下表达式: 在哪里是恒定的。

积分(7)给(6): 。

的伪一级反应速率常数,k₁(最低⁻¹),计算块ln的斜率(C_o/C_t)vs。时间t然后用来计算实验的顺序和有限公司^{2 +}。

(1)顺序 。确定的顺序 ,在不同的实验当浓度(]、[有限公司^{2 +}],[H⁺)保持不变。

从方程(8), 在哪里。

两边取对数(9)给

(2)有限公司^{2 +}。同样,公司的顺序^{2 +}决心当改变[有限公司^{2 +}),其他物种的浓度不变。在哪里。

两边取对数(11)给

实验的订单 ,n₁、有限公司^{2 +},n₃,是决定从ln的情节的斜率(k₁)vs。和ln (k₁)vs。ln(有限公司^{2 +}),分别。计算数据如表所示2,结果给出了实验的订单和有限公司^{2 +}1.7和1.2。


(]		k₁	lnk₁	(有限公司^{2 +}]	ln(有限公司^{2 +}]	k₁	lnk₁

5	0.699	0.004	−2.420	0.01	−4.605	0.0026	−5.952
10	1.000	0.012	−1.921	0.02	−3.912	0.0046	−5.382
15	1.176	0.018	−1.750	0.04	−3.219	0.0137	−4.290
25	1.398	0.052	−1.286	0.06	−2.813	0.0211	−3.858
30.	1.477	0.080	−1.095
lnk₁= 1.7 ln (HCO₃^{- - - - - -}−3.6				lnk₁= 1.2 ln(有限公司^{2 +}−0.5

3.2.4。紫外线照射对RB19退化的影响

退化的RB19选择氧化系统( )是没有和紫外线照射(试验5和28)比其他系统(实验6 - 8和汽车)。结果如表所示3。随着紫外线照射,RB19降解效率显著增加(ca。90%)在所有其他系统相比,没有紫外线的照射(少于5%)。这是由于这样的事实,紫外线辐射在创造中扮演着关键角色的激进从H₂O₂根据光催化氧化系统机制提出了文献[16]。同时,RB19降解效率最高(97.6%)获得的系统,相比略有增加一个没有紫外线照射(79.9%)。这强烈证实的降解效率系统即使没有紫外线。


氧化系统	RB19降解效率在30分钟的反应时间(%)
氧化系统	Non-UV辐照	紫外线照射

RB19	0.0	3.7±0.3
RB19-H₂O₂	0.0	83.6±3.6
RB19-H₂O₂有限公司^{2 +}	1.8±0.2	91.1±2.9
RB19-H₂O₂-HCO₃^{- - - - - -}	4.7±2.7	96.7±2.3
RB19-H₂O₂-HCO₃^{- - - - - -}有限公司^{2 +}	79.9±3.5	97.6±3.1

3.3。产品RB19退化

COD值的初始和最终反应的解决方案RB19 (0.1 g / L)分解的系统(反应时间60分钟)后被确定为315年和12.5毫克O₂分别/ L。总有机碳(TOC)值获得了减法的TC(碳)和抽搐(总无机碳)值测量的最终解决方案,给15.3 mg / L的结果是按照COD值(表4)。


	鳕鱼(mg O₂/ L)	TC(毫克/升)	抽搐(毫克/升)	TOC(毫克/升)

最初的	315±0.5	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -
最后	12.5±0.3	141.5±0.9	126.2±0.9	15.3±0.2

这些结果表明,一个好的RB19的矿化系统的COD去除效率为96%。

此外,RB19退化的产物色谱使用的解决方案系统反应时间为10、30和60分钟记录在280纳米(图8 (b))。可以清楚的看到它的中间产品RB19降解的反应时间10分钟和30分钟极地和筛选了之前保持RB19(放大插图图8 (b)与色谱纯1 mg / L RB19解决方案如图8(一个)保留时间为8.2分钟)。当时unretained组件筛选了对应于流动相的旅行时间为1.5分钟。大多数的这些产品不是观察后30分钟的反应时间,反应溶液和获得的色谱图在60分钟夷为平地(上面的插图)。这个结果强烈支持的有效性RB19退化的一个完整的成矿系统。

(一)

(b)

4所示。结论

在目前的工作,RB19活性染料的降解效率已经被证明是强烈的影响催化剂浓度和金属离子的存在,尤其是有限公司^{2 +}。这个改进可以解释为一个增强自由基生成的Co^{2 +}/公司^{3 +}氧化还原电对的。的原位peroxymonocarbonate离子的形成负责系统的氧化效率。这离子决心后达到最大浓度混合时间40分钟,保持稳定ca。10分钟。这种信息对系统的实际应用至关重要。RB19决心的降解动力学是第一顺序RB19 HCO染料虽然反应订单₃^{- - - - - -}和有限公司^{2 +}催化剂分别为1.7和1.2,分别。的产品RB19降解产物进行了分析和COD和TOC测量,这表明一个完整的成矿RB19的系统。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由教育部的项目财务支持和培训,在B2019-SPH-08项目。

引用

l·r·佩雷拉和m . s .阿尔维斯“Dyes-environmental影响和补救,”环境保护可持续发展的策略、答:马利克和大肠Grohmann Eds。,年代pringer Publisher, Berlin, Germany, 2012.视图:谷歌学术搜索
大肠Routoula和美国诉Patwardhan蒽醌染料的降解废水:回顾关注酶与工业染料降解潜力,”环境科学与技术,54卷,不。2、647 - 664年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
i g·莱恩”,印染行业废水规定的影响,“着色的进展和相关的话题,21卷,不。1,56 - 71,1991页。视图:谷歌学术搜索
e·j·韦伯和v c . Stickney“水解反应动力学蓝色19-vinyl砜,”水的研究,27卷,不。1,第67 - 63页,1993。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . Rezaee m . t . Ghaneian a Khavanin et al .,“光化学氧化活性蓝19染料在纺织废水(RB19) UV / K₂年代₂O₈过程,”伊朗环境健康科学与工程》杂志上,5卷,不。2、95 - 100年,2008页。视图:谷歌学术搜索
a . r .德黑兰和f . l . Amini”活性染料的脱色UV-enhanced臭氧化,“进展的颜色,着色剂和涂料,3卷,不。1,1 - 8,2010页。视图:谷歌学术搜索
m . Viisimaa和a . Goi”使用过氧化氢和过碳酸盐来治疗氯化芳香hydrocarbon-contaminated土壤,“环境工程和景观管理杂志》上,22卷,不。1 - 39,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
d·e·理查森h .姚明,k·m·弗兰克和d·a·班尼特,“平衡、动力学机制的碳酸氢盐活化过氧化氢:氧化硫化物peroxymonocarbonate,”美国化学学会杂志》上,卷122,不。8,1729 - 1739年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
b . Balagam和d·e·理查森,”机制的二氧化碳催化过氧化氢胺N-oxidation,”无机化学卷,47号3、1173 - 1178年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
c . a . s . Regino d·e·理查森,“Bicarbonate-catalyzed过氧化氢氧化半胱氨酸和相关硫醇,”Inorganica Chimica学报,卷360,不。14日,第3977 - 3971页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
TCVN 6491,水质量测定的化学Oxigen需求,董事会为标准,计量和质量的越南科学技术部,河内,越南,1999。
b·d·萨伦伯格和p·l·威廉姆斯,“per-acids和过氧化氢的分析解决方案,“分析师,卷87,不。1037年,第657 - 653页,1962年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
e . v . Bakhmutova-Albert h .姚明,d·e·德内文和d·e·理查森,“peroxymonocarbonate形成的动力学和机理,”无机化学卷,49号24日,第11296 - 11287页,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
g . p . Anipsitakis d d Dionysiou, m·a·冈萨雷斯“Cobalt-mediated激活peroxymonosulfate和硫酸根对酚类化合物的攻击。氯离子的影响,”环境科学与技术,40卷,不。3、1000 - 1007年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
p . j . Kim Du, w·刘,c .罗h .赵和学术界。黄”,钴/过乙酸:先进acetylperoxyl芳香族有机化合物的氧化自由基,”环境科学与技术,54卷,不。8,5268 - 5278年,2020页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . Rubio-Clemente e·奇卡和g . a . Penuela”动力学建模的UV / H₂O₂过程:确定有效的氢氧自由基浓度,”物理化学废水处理和资源化,IntechOpen出版商,伦敦,英国,2017年。视图:谷歌学术搜索

分析方法在化学杂志》上