Photocatalytic degradation of cyanotoxins and water taste and odor compounds using TiO2 based nanocatalysts and polyoxometalates

Abstract

Η φωτοκατάλυση με χρήση διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) είναι μία προηγμένη τεχνολογία οξείδωσης, η οποία σε συνδυασμό με την ηλιακή ενέργεια μπορεί να εφαρμοστεί αποτελεσματικά για τον καθαρισμό του νερού από μεγάλο φάσμα τοξικών ενώσεων. Η απαίτηση όμως υπεριώδους ακτινοβολίας για να ξεπεραστεί το ενεργειακό χάσμα του TiO2, αποτελεί το λόγο της έντονης ερευνητικής δραστηριότητας γύρω από την ανάπτυξη νέων βελτιωμένων καταλυτών. Η παρουσία κυανοβακτηρίων στα νερά αποτελεί σηµαντικό πρόβληµα, δεδοµένου ότι διάφορα γένη µπορούν να παράγουν τοξίνες (κυανοτοξίνες) με σημαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Επιπλέον, είναιπιθανόν να παραχθούν ενώσεις που προσδίδουν γεύση και οσμή στο νερό με αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητάς του. Στη παρούσα εργασία μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση κυανοτοξινών (microcystin-LR, MC-LR καιCylindrospermopsin, CYN) και ουσιών που προσδίδουν οσμή στα νερά (Geosmin, GSMand 2-methylisoborneol, MIB). Έγινε χρήση φωτοκαταλυτών με βάση το TiO2 (DegussaP25, Kronos vlp-7000, Ref-TiO2, N-TiO2, NF-TiO2, GO-TiO2 and ECT-1023t) για την πλήρη αποικοδόμηση των ενώσεων αυτών σε υδατικά διαλύματα με χρήση υπεριώδους, ηλιακής και ορατής ακτινοβολίας. Για την αξιολόγηση της δραστικότητας των φωτοκαταλυτών, εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων παραμέτρων όπως η παρουσία οξυγόνου, το είδος και η ένταση ακτινοβολίας, η συγκέντρωση των καταλυτών και των υποστρωμάτων, το pΗ, η προσρόφηση στον φωτοκαταλύτη, καθώς και ο σχηματισμός ενδιάμεσων προϊόντων και η τοξικότητα. Με βάση τον προσδιορισμό των ενδιαμέσων και τελικών προϊόντων προτείνεται μηχανισμός αποικοδόμησης, στον οποίο σημαντικό ρόλο έχουν οι ρίζες υδροξυλίου (●OH). Επιπλέον μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση των ενώσεων GSM και MIB παρουσία της πολυοξομεταλλικής ένωσηςH4SiW12O40. Συγκριτική μελέτη με τη χρήση δεσμευτών ●OH κατέληξε σε μηχανισμό αντίστοιχο με εκείνο παρουσία TiO2. Τα συνολικά αποτελέσματα της εργασίας αυτής δείχνουν ότι η φωτοκατάλυση με TiO2 είναι πολύ αποτελεσματική στην απομάκρυνση κυανοτοξινών και ουσιών που προσδίδουν δυσάρεστη γεύση και οσμή στο νερό. Οι εφαρμογές της τεχνολογίας αυτής μπορούν να επεκταθούν και στην ορατή-ηλιακή περιοχή του φάσματος με ανάπτυξη νέων τροποποιημένων φωτοκαταλυτικών υλικών.