Průmyslová degradace barviv - Industrial dye degradation - Wikipedia

Syntetická barviva se nacházejí v široké škále produktů, jako jsou oděvy, kožené doplňky a nábytek. Tato barviva se běžně používají každý den. Vedlejším účinkem jejich širokého použití je však to, že až 12% těchto barviv je během procesu umírání zbytečné a asi 20% z těchto odpadů vstupuje do životního prostředí (hlavně do zásobování vodou).[1]

Běžná průmyslová barviva různých barev a typů.

Degradace barviva je proces, při kterém se velké molekuly barviva chemicky rozkládají na menší molekuly. Výslednými produkty jsou voda, oxid uhličitý a minerální vedlejší produkty, které dodávají původnímu barvivu jeho barvu. Během procesu barvení se nepoužívají všechny molekuly barviva. Odpadní voda, kterou průmysl uvolňuje, obsahuje určité procento těchto molekul barviva. Molekuly barviva přetrvávají v prostředí, protože mnoho z nich nereaguje na světlo, kyseliny, zásady a kyslík. Barva materiálu se stává trvalou.

Fotokatalýza

Standardní nastavení fotokatalýzy

Heterogenní fotokataylóza je široce přijímanou technikou volby pro čištění prostředí.[2] Standardní experimentální nastavení fotokatalýzy pro degradaci barviv je použití UV lampy k poskytnutí energie pro tvorbu oxidačních radikálů. Fotokatalýza je přidání světla k polovodičovému oxidu / sulfidu, jehož výsledkem je pohyb elektronů z valenčního pásma do vodivého pásma. Vytvořené páry elektron-díra budou reagovat s molekulami kyslíku a vody za vzniku superoxidových aniontů a hydroxidových radikálů, které mají zvýšenou oxidační a redukční schopnost pro použití u mnoha průmyslových sloučenin barviv.[3]

Metody

6,13-pentacenchinon / oxid titaničitý

Oxid titaničitý (TiO2) je biologicky stabilní, netoxický a levný, což z něj činí velmi běžný polovodič pro degradaci barviv. Vzhledem k velké mezeře v pásmu lze provést určité úpravy, aby se zlepšily jeho fotokatalytické schopnosti, jako je syntéza 6,13-pentacenchinonu / TiO2. Oxid titaničitý ve spojení s ultrafialové světlo lze použít k odbarvení a detoxikaci zředěného barevného odpadu z vody, jako je Alizarin, azobarviva, methylová červeň, methylenová modř, atd.[4] Snížené oxid grafenu -TiO2 může působit jako fotokatalyzátor pro degradaci methyl oranžová, azobarvivo a farmaceutický odpad.[5]

CuS

3-D struktury sulfidu měďnatého (CuS) jsou výhodné pro degradaci methylenové modři, protože je netoxický, levný a stabilní za okolních podmínek. Má efektivní katalytickou schopnost díky vysokému poměru povrchu k objemu, který umožňuje lepší kontakt mezi reaktanty a CuS.[6]

Grafitový nitrid uhlíku

Hierarchicky porézní grafitový nitrid uhlíku (hp-g-CN) měl 90% fotodegradace methyl oranžové, což je zlepšení oproti jiným komerčním fotokatalyzátorům.[7] To je způsobeno větším povrchem pro zvýšenou absorpční kapacitu a porézními vlastnostmi, které umožňují zvýšenou difúzi methyloranžové.

Fentonův proces

Fentonova reakční cesta. Generují se oxidující hydroxylové a peroxy-radikály, které neselektivně degradují přítomné molekuly barviva.

Fentonův proces využívá železné katalyzátory s H2Ó2 vytvářet silné oxidační hydroxidy pro degradaci organických znečišťujících látek, jako jsou odpadní vody a kaly, jakož i barviva. Pro zvýšení katalytických schopností použijte kombinaci Fe2+ lze použít kationty, ultrafialové světlo a peroxid vodíku a prokázal větší odstranění roztoků barviv.[8]

Biomasa

Degradace biomasy se týká využití mikroorganismů, jako jsou bakterie a houby, k produkci enzymů, které mohou interagovat s molekulami barviv. Lakcasy jsou bílkoviny, které produkuje Lentinus sp; jeho aktivní místo obsahuje skupinu polyfenol oxidáz zabudovaných do čtyř iontů mědi. Ty mohou tvořit vodíkové vazby se syntetickými barvivy. Účinnost tohoto enzymu je úměrná počtu vodíkových vazeb, které se tvoří mezi enzymem a barvivy.[9] S mikroorganismy se snadno manipuluje, ale účinnost velmi závisí na pH, iontové síle a teplotě. To se bude měnit s různými odpadními vodami.[10] Odpadní vody lze nejprve zpracovat kmenem kvasinek Candida tropicalis JKS2 se následně upravuje fotokatalytickými procesy, aby se degradovaly aromatické kruhy, takže lze dosáhnout nákladově efektivního výsledku.[11] Imobilizované houbové buňky jsou odolnější vůči stresu prostředí a buňky je lze opakovaně používat.[12]

Nebezpečí

Mnoho barviv, zejména v textilním průmyslu, jako je methylenová modř nebo methylová červeň, se do ekosystémů uvolňuje prostřednictvím vodního odpadu.[13] Mnoho z těchto barviv může být karcinogenních a může přijít do styku s lidmi. Výsledkem je, že novější úpravy odpadních vod jsou stále ve vývoji.[14]

Reference

  1. ^ Rauf, M. A.; Ashraf S.S. Základní principy a aplikace heterogenní fotokatalytické degradace barviv v roztoku. Chemical Engineering Journal 2009, 151, 10-18.
  2. ^ Pandit, V.K .; Arbuj, S.S .; Pandit, Y.B .; Naik, S.D .; Rane, S.B .; Mulik, UP; Gosavic, S.W .; Kale, B. B. Solární odbourávání barviv pomocí nového organicko-anorganického nanokompozitu (6,13-pentacenchinon / TiO2). “ RSC Adv. 2015, 5, 10326-10331.
  3. ^ Shafiq, Iqrash; Hussain, Murid; Shehzad, Nasir; Maafa, Ibrahim M .; Akhter, Parveen; Amjad, Um-e-salma; Shafique, Sumeer; Razzaq, Abdul; Yang, Wenshu; Tahir, Muhammad; Russo, Nunzio (srpen 2019). „Vliv křišťálových fazet a indukované pórovitosti na výkon monoklinického BiVO4 pro vylepšené fotokatalytické snižování methylenové modři na základě viditelného světla“. Journal of Environmental Chemical Engineering. 7 (4): 103265. doi:10.1016 / j.jece.2019.103265. ISSN  2213-3437.
  4. ^ Lachheba, H .; Puzenata, E .; Houasb, A .; Ksibib, M .; Elalouib, E .; Guillarda, C .; Herrmanna, J. Fotokatalytická degradace různých typů barviv (Alizarin S, Crocein Orange G, Methyl Red, Congo Red, Methylene Blue) ve vodě pomocí UV záření ozářené. Applied Catalysis B: Environmental 2002, 39 (1), 75-90.
  5. ^ Pastrana-Martínez, L.M .; Morales-Torres, S .; Likodimos, V .; Figueiredo, J.L .; Faria, J.L .; Falaras, P. Pokročilé nanostrukturované fotokatalyzátory založené na redukovaném oxidu grafenu - TiO2 kompozity pro degradaci difenhydraminového farmaceutického a methylooranového barviva. Aplikovaná katalýza B: Životní prostředí 2012, 19 (9), 3676-3687.
  6. ^ Shu, Q.W .; Lan, J .; Gao, M.X .; Wangb, J .; Huang, C.Z. Řízená syntéza CuS nadložních konstrukcí a jejich aplikace na katalýzu degradace organických barviv za nepřítomnosti světla. CrystEngComm 2015, 17, 1374-1380.
  7. ^ Gu, S .; Xieb, J .; Li, C.M. Hierarchicky porézní grafitový nitrid uhlíku: snadná syntéza ve velkém měřítku a její aplikace směrem k degradaci fotokatalytického barviva. RSC Adv. 2014, 4, 59436-59439.
  8. ^ Xu, X .; Li, H .; Wang, W .; Gu, J. Degradace barviv ve vodných roztocích Fentonovým procesem. Chemosphere 2004, 57, 595-600.
  9. ^ Hsu, C.A.; Wen, T.N .; Su, Y.C .; Jiang, Z.B .; Chen, C.W .; Shyur, L.F. Biologická degradace antrochinonových a azobarviv novým lakázou z Lentinus sp. Environmental Science & Technology 2012, 46 (9), 5109-5117.
  10. ^ Prachi, K .; Anushree, M. Plísňové odbarvování barviv: nedávné pokroky a budoucí potenciál. Environment International 2009, 35 (1), 127-41.
  11. ^ Jafari, N .; Kasra-Kermanshahi, R .; Soud, M.R .; Mahvi, A.H .; Gharavi, S. Degradace textilního reaktivního azobarviva kombinovaným biologicko-fotokatalytickým procesem: Candida tropicalis Jks2 -Tio2 / Uv. Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering 2012, 9 (33), 1-7.
  12. ^ Couto, S.R. Odstranění barviva imobilizovanými houbami. Biotechnology Advances 2009, 27 (3), 227-235.
  13. ^ Huang, C .; Y. Huang; H. Cheng; Y. Huang. Kinetická studie imobilizovaného oxidu železa pro katalytickou degradaci azobarvivové reaktivní černi B s katalytickým rozkladem peroxidu vodíku. Catalysis Communications 2009, 10 (5), 561-566.
  14. ^ Pervez N., He W., Zarra T., Naddeo V., Zhao Y. (2020) (2020). „Nový udržitelný přístup k výrobě systému persulfátu aktivovaného oxidem Fe3O4 / grafenem pro odstraňování barviv ve skutečné odpadní vodě“. Voda. 12 (3): 733. doi:10,3390 / w12030733.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)