Обоснование применения фотокатализа для очистки природной и питьевой воды от поллютантов биологического происхождения
https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-4-19
Аннотация
Цель исследования. Оценить эффективность фотокаталитических методов окисления органических веществ в рамках подготовки питьевой воды. Показать целесообразность применения описанного метода для проектирования очистных сооружений.
Материалы и методы. Изучена степень окисляемости 58 органических веществ различного класса опасности. В основе выборки лежали два признака: происхождение (биологическое и искусственное) и заявленная в разных источниках степень окисляемости.
Результаты. Продемонстрирована высокая эффективность фотокатализа для деструкции органических веществ сточных вод различных производств: значения окисляемости находятся в диапазоне от 70 до 100 %.
Заключение. Применение фотокатализа может быть использовано для проектирования очистных сооружений сточных вод с целью снижения вероятности биологического загрязнения природных вод, предназначенных для производства питьевой воды.
Об авторах
Д. О. Цымбал
Гомельский государственный медицинский университет
Беларусь
Беларусь
Цымбал Денис Олегович, преподаватель кафедры биологической химии
г. Гомель
М. Е. Мазаник
Гомельский государственный медицинский университет
Беларусь
Беларусь
Мазаник Мария Евгеньевна, старший преподаватель кафедры биологической химии
г. Гомель
Список литературы
1. The measurement and monitoring of water supply, sanitation and hygiene (WASH) affordability: a missing element of monitoring of Sustainable Development Goal (SDG) Targets 6.1 and 6.2. New York: United Nations Children’s Fund (UNICEF) and the World Health Organization, 2021. [date of access 2021 April 15]. Available from: Available from: https://washdata.org/sites/default/files/2021-05/unicef-who-2021-affordability-of-wash-services-full.pdf
2. World Health Organization (WHO). Animal Waste, Water Quality and Human Health. Edited by Al Dufour, Jamie Bartram, Robert Bos and Victor Gannon. [date of access 2021 April 15]. Available from: Available from: Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/75700
3. WHO OECD ILSI/HESI International workshop on risk assessment of combined exposures to multiple chemicals. Series on testing and assessment. 2017;40. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/255543/9789241512374-eng.pdf
4. Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000-2020: Five years into the SDGs. Geneva: World Health Organization (WHO) and the United Nations Children’s Fund (UNICEF), 2021. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://washdata.org/sites/default/files/2021-06/jmp-2021-wash-households-LAUNCH-VERSION.pdf
5. WHO (2006). Guidelines for Drinking-water Quality, 1st Addendum to the 3rd ed., Volume 1: Recommendations, World Health Organization, Geneva. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/43285/9789241546768_eng.pdf
6. Лурье ЮЮ. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия; 1984. с. 73-78.
7. Галковский СВ, Самосюк АС. Использование водных ресурсов в республике Беларусь. Экономика и социум. 2016;11(30):355-358. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://rep.polessu.by/bitstream/123456789/21407/1/Ispol%27zovanie_vodnykh_resursov.pdf
8. Freudenhammer H, Bahnemenn D, Bousselmi L, Geissen S-U, Ghrabi A, Saleh F, Siemon U, Vogelpohl A. Detoxification and recycling of wastewater by solar-catalytic treatment. Water Sci Technol. 1997;35(4):149-156. DOI: https://doi.org/10.1016/S0273-1223(97)00020-6
9. Валеева АА, КозловаЕА, Дорошева ИБ. Синтез и аттестация фотокатализаторов на основе нанотрубок диоксида титана для очистки воды и воздуха от вредных органических примесей. В: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований «Техноген-2019». 2019;196-198. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38545017
10. Константинова ЕА, Кытин ВГ, Марикуца АВ, Трусов ГВ. Фотокатализаторы на основе TiO 2 , функционирующие при освещении в видимом диапазоне света. В: Сборник научных трудов VI съезда биофизиков России. 2019;109. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41173550
11. Агеева ВА, Голубенко ЕВ, Ромащенко ИА, Шубина ЕН. Эффективные каталитические системы для превращения спиртов в альдегиды. В: Химия: достижения и перспективы: Cборник научных статей по материалам V Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых. 2020;91-94. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42904182
12. Соболева НМ, Носонович АА, Гончарук ВВ. Гетерогенный фотокатализ в процессах обработки воды. Химия и технология воды. 2007;29 (2);125–159. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5503
13. Ilisz I, Foglein KJ, Dombi А. The photochemical behavior of hydrogen peroxide in near UV-irradiated aqueous TiO 2 suspensions. Mol Catal A Chem. 1998;135:55-61. DOI: https://doi.org/10.1016/S1381-1169(97)00296-3
14. Abdel-Magd A, Abdel-Wahab, Abd El-Aal M Gaber. TiO 2 -photocatalytic oxidation of selected heterocyclic sulfur compounds. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 1998;114(3):213-218. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00204-4
15. Matthews RW, Abdullah M, Low GK-C. Photocatalytic oxidation for total organic carbon analysis. Anal Chim Acta. 1990;233:171-179. DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)83476-5
16. Ai SY, Li JQ, Yang Y, Gao MN, Pan ZS. Study on photocatalytic oxidation for determination of chemical oxygen demand using a nano-TiO 2 –K 2 Cr 2 O 7 system. Anal Chim Acta. 2004;509:237-241. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2003.09.056
17. Ku Y, Jung I-L. Photocatalytic reduction of Cr(VI) in aqueous solutions by UV irradiation with the presence of titanium dioxide. Water Res. 2001;35(1):135-142. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00098-1
18. Balconi ML, Borgarello M, Ferraroli R. Chemical oxygen demand determination in well and river waters by flow-injection analysis using a microwave oven during the oxidation step. Anal Chim Acta. 1992;261:295-299. DOI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5503
19. Kim YC, Sasaki S, Yano K, Ikebukuro K, Hashimoto K, Karube I. Photocatalytic sensor for the determination of chemical oxygen demand using flow injection analysis. Anal Chim Acta. 2001;432:59-66. DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)01145-4
20. Кельина СЮ, Дедков ЮМ. Возможности использования системы УФ–нано-TiO2–K2Cr2O7 для определения ХПК. Журнал аналитической химии. 2016;71(12):1270-1278. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044450216120069
21. Degussa Technical Bulletin Pigments, Highly Dispersed Metallic Oxides Produced by the AEROSIL® Process. 1990;56:11.
22. Hoffmann MR, Martin ST, W Choi, Bahnemann DW. Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis. Chem Rev. 1995;95(1):69-96. DOI: https://doi.org/10.1021/cr00033a004
23. Капинус ЕИ, Викторова ТИ, Халявка ТА. Механизм и кинетика фотокаталитической деструкции ДДТ на оксидных титансодержащих катализаторах. Украинский химический журнал. 2009;75(12):102-105. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82717
24. Song Y, Wang С, Li J. Modification of porphyrin/ dipyridine metal complexes on the surface of TiO 2 nanotubes with enhanced photocatalytic activity for photoreduction of CO 2 into methanol. Journal of Materials Research. 2018;33(17):2612-2620. DOI: https://doi.org/10.1557/jmr.2018.294
25. Beinik I, Bruix A, Adamsen KC. Water Dissociation and Hydroxyl Ordering on Anatase TiO 2 (001)- (1×4). Physical Review Letters. 2018;121(20):206003. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.206003
26. Mengjie W, Kun L. Application of and research on TiO 2 photocatalysis technology. E3S Web of Conferences: 2, Changchun. 2020;165:05001. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016505001
27. Mahmood А, Militky J, Pechociakova M, Wiener J. TiO 2 based photo-catalysis for virus disinfection. Journal of Fiber Bioengineering and Informatics. 2020;14(1):53-66. DOI: https://doi.org/10.3993/JFBIM00364
28. Gopinath KP, Madhav NV, Krishnan A, et al. Present applications of titanium dioxide for the photocatalytic removal of pollutants from water: A review. Journal of Environmental Management. 2020;270:110906. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110906
29. Li J, Li L, Zheng L, Xian Y, Jin L. Determination of chemical oxygen demand values by a photocatalytic oxidation method using nano-TiO 2 film on quartz. Talanta. 2006;68(3):765-770. DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2005.06.012
30. Zhu L, Chen Y, Wu Y, Li X, Tang H. A surface-fluorinated-TiO 2 –KMnO 4 photocatalytic system for determination of chemical oxygen demand. Anal Chim Acta. 2006;571:242-247. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.04.073
31. Park H, Choi W. Photocatalysis using ZnO thin films and nanoneedles grown by metal-organic chemical vapor deposition. Phys Chem B 2004;108(13):4086-4093. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200306673
32. Mrowetz M, Selli E. Photocatalytic degradation of formic and benzoic acids and hydrogen peroxide evolution in TiO 2 and ZnO water suspensions. Phys Chem Chem Phys. 2005;7(6):1100-1102. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2005.09.009
33. Yu JC, Yu J, Ho W, Jiang ZT, Zhang LZ. Effects of F - Doping on the Photocatalytic Activity and Microstructures of Nanocrystalline TiO 2 Powders. Chem Mater. 2002;14(9):3808-3816. DOI: https://doi.org/10.1021/cm020027c
34. Fu HX, Lu GX, Li SB. Adsorption and photo-induced reduction of Cr(VI) ion in Cr(VI)-4CP (4-chlorophenol) aqueous system in the presence of TiO 2 as photocatalyst. J Photochem Photobiol A Chem. 1998;114:81-88. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00205-6
35. Malato S, Blanco J, Richter C, Braun B. Maldonado M.I. Enhancement of the rate of solar photocatalytic mineralization of organic pollutants by inorganic oxidizing species. Appl Catal B Environ. 1998;17(4):347-356. DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-3373(98)00019-8
36. Colon G, Hidalgo MC, Navio JA. Photocatalytic deactivation of commercial TiO 2 samples during simultaneous photoreduction of Cr(VI) and photooxidation of salicylic acid. J Photochem Photobiol A Chem. 2001;138(1):79-85. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(00)00372-5
37. Schrank SG, Jose HJ, Moreira RFPM. Simultaneous photocatalytic Cr(VI) reduction and dye oxidation in a TiO 2 slurry reactor. J Photochem Photobiol A Chem. 2002;147(1):71-76. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(01)00626-8
38. Kelina SY, Tsymbal DO, Dedkov YM. New methods for the determination of chemical oxygen demand. Methods and Objects of Chemical Analysis. 2017;12(1):17-23. DOI: https://doi.org/10.17721/moca.2017.17-23
39. Кельина СЮ, Цымбал ДО, Дедков ЮМ. Новые возможности катализа процесса окисления при определении химического потребления кислорода (обзор). Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012;78(9):8-12. [дата обращения 2021 апрель 15]. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17957962
40. Кельїна СЮ, Цимбал ДО, Трохименко ГГ, Сухарева АС. Моніторинг поверхневих вод Миколаївської області за показниками хімічного споживання кисню в умовах гетерогенного фотокаталізу. Наук. вісн. НЛТУ України. 2015;25(6):147-153. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: http://eir.nuos.edu.ua/xmlui/handle/123456789/2943
41. Hamidi H, Niazmand MA, Asrar K, Okolnikova GE. Purification of water contaminated with petroleum hydrocarbons by using the solar Photocatalytic method. International Research Journal. 2021;6-1(108):172-177. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.108.6.027
Рецензия
Для цитирования:
Цымбал Д.О., Мазаник М.Е. Обоснование применения фотокатализа для очистки природной и питьевой воды от поллютантов биологического происхождения. Проблемы здоровья и экологии. 2021;18(4):143-152. https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-4-19
For citation:
Tsymbal D.O., Mazanik M.E. Rationale for the use of photocatalysis for natural and drinking water purification from pollutants of biological origin. Health and Ecology Issues. 2021;18(4):143-152. (In Russ.) https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-4-19
Просмотров: 647
Послать статью по эл. почте 