СОНОФОТОХИМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛЛЮТАНТОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЕРСУЛЬФАТА
Аннотация
В настоящей работе нами исследованы кинетические закономерности сонофотохимического окисления современных органических поллютантов, атразина и бисфенола А, в модельных водных растворах при одновременном воздействии высокочастотного ультразвука (УЗ, 1,7 МГц) и ультрафиолетового (УФ) излучения светодиодов (365 нм) без и в присутствии окислителя персульфата (S2O82-). Для оценки синергического эффекта в гибридных окислительных системах рассчитаны синергические индексы. Установлено, что система {УФ/УЗ/ S2O82-} характеризуется синергическим эффектом и является наиболее эффективной для деструкции бисфенола А в ряду: УФ/УЗ/S2O82- > УФ/S2O82- > УЗ/УФ > УЗ/S2O82- >> УФ > УЗ. В случае атразина вклад ультразвука не выявлен, и системы {УФ/УЗ/S2O82-} и {УФ/S2O82-} по скорости деструкции были равноэффективными. В данных окислительных системах разложилось > 90% поллютанта за 30 мин обработки. При этом скорости окисления атразина во всех системах с персульфатом были выше, чем скорости окисления бисфенола А. Это указывает на преобладание в растворе сульфатных анион-радикалов, с которыми бисфенол А, в отличие от атразина, реагирует значительно медленнее, чем с гидроксильными радикалами. Синергизм также выявлен при сонофотолизе обоих веществ, без участия персульфата; однако, этот процесс требует более высокую продолжительность облучения (~20% деструкции за 40 мин), а значит, менее энергоэффективен. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения УФ светодиодов и высокочастотного ультразвука для активации персульфата в комбинированных окислительных процессах очистки природных и сточных вод от органических поллютантов.
Литература
Guerra-Rodríguez S., Rodríguez E., Narain Singh D., Rodríguez-Chueca J. Assessment of sulfate radical-based advanced oxidation processes for water and wastewater treatment: A review. Water. 2018. V. 10. 1828. DOI: 10.3390/w10121828.
Wang J., Wang S. Activation of persulfate (PS) and peroxymonosulfate (PMS) and application for the degradation of emerging contaminants. Chem. Eng. J. 2018. V. 334. P. 1502-1517. DOI: 10.1016/j.cej.2017.11.059.
Ghanbari F., Moradi M. Application of peroxymonosulfate and its activation methods for degradation of environmental organic pollutants: Review. Chem. Eng. J. 2017. V. 310. P. 41-62. DOI: 10.1016/j.cej.2016.10.064.
Matzek L.W., Carter K.E. Activated persulfate for organic chemical degradation: A review. Chemosphere. 2016. V. 151. P. 178-188. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2016.02.055.
Zhong H., Li J., Zhao H., Sun L., Xu A., Xia D., Nevsky A.V. Degradation of acid orange 7 in aqueous solution under presence of iron (III), persulphate and visible light irradiation. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. [Russ. J. Chem. & Chem. Tech.] 2017. V. 60. N 3. P. 48-54. DOI: 10.6060/tcct.2017603.5544.
Ma J., Yang Y., Jiang X., Xie Z., Li X., Chen C., Chen H. Impacts of inorganic anions and natural organic matter on thermally activated persulfate oxidation of BTEX in water. Chemosphere. 2018. V. 190. P. 296-306. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.09.148.
Panda D., Manickam S. Recent advancements in the sonophotocatalysis (SPC) and doped-sonophotocatalysis (DSPC) for the treatment of recalcitrant hazardous organic water pollutants. Ultrason. Sonochem. 2017. V. 36. P. 481-496. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.12.022.
Sathishkumar P., Mangalaraja R.V., Anandan S. Review on the recent improvements in sonochemical and combined sonochemical oxidation processes – A powerful tool for destruction of environmental contaminants. Ren. Sust. En. Rev. 2016. V. 55. N 3. P. 426-454. DOI: 10.1016/j.rser.2015. 10.139.
Bahrami H., Eslami A., Nabizadeh R., Mohseni-Bandpi A., Asadi A., Sillanpää M. Degradation of trichloroeth-ylene by sonophotolytic-activated persulfate processes: Optimization using response surface methodology. J.Cleaner Prod. 2018. V. 198. P. 1210-1218. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.07.100.
Chakma S., Praneeth S., Moholkar V.S. Mechanistic investigations in sono-hybrid (ultrasound/Fe2+/UVC) techniques of persulfate activation for degradation of Azorubine. Ultrason. Sonochem. 2017. V. 38. P. 652-663. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.08.015.
Grčić I., Papić S., Koprivanac N., Kovačić I. Kinetic modeling and synergy quantification in sono and photoox-idative treatment of simulated dyehouse effluent. Water Res. 2012. V. 46. N 17. P. 5683-5695. DOI: 10.1016/j.watres.2012.07.058.
Ahmadi M., Ghanbari F. Combination of UVC-LEDs and ultrasound for peroxymonosulfate activation to degrade synthetic dye: influence of promotional and inhibitory agents and application for real wastewater. Environ. Sci. Poll. Res. 2018. V. 25. P. 6003-6014. DOI: 10.1007/s11356-017-0936-8.
Mark G., Tauber A., Laupert R., Schuchmann H.P., Schulz D., Mues A., von Sonntag C. OH-radical formation by ultrasound in aqueous solution Part II. Terephthalate and fricke dosimetry and the influence of various conditions on the sonolytic yield. Ultrason. Sonochem. 1998. V. 5. N 5. P. 41-52. DOI: 10.1016/S1350-4177(98)00012-1.
Rayaroth M.P., Aravind U.K., Aravindakumar C.T. Degradation of pharmaceuticals by ultrasound-based ad-vanced oxidation process. Environ. Chem. Lett. 2016. V. 14. N 3. P. 259-290. DOI: 10.1007/s10311-016-0568-0.
Ghodbane H., Hamdaoui O. Degradation of Acid Blue 25 in aqueous media using 1700 kHz ultrasonic irradiation: ultrasound/Fe(II) and ultrasound/H2O2 combinations. Ultrason. Sonochem. 2009. V. 16. N 5. P. 593-598. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2008.11.006.
Xu L.J., Chu W., Graham N. Sonophotolytic degradation of dimethyl phthalate without catalyst: Analysis of the synergistic effect and modeling. Water Res. 2013. V. 47. N 6. P. 1996-2004. DOI: 10.1016/j.watres.2013.01.015.
Kidak, R., Doğan Ş. Medium-high frequency ultrasound and ozone based advanced oxidation for amoxicillin removal in water. Ultrason. Sonochem. 2018. V. 40. P. 131-139. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.01.033.
Papoutsakis S., Miralles-Cuevas S., Gondrexon N., Baup S., Malato S., Pulgarin C. Coupling between high-frequency ultrasound and solar photo-Fenton at pilot scale for the treatment of organic contaminants: An initial approach. Ultrason. Sonochem. 2015. V. 22. P. 527-534. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2014.05.003.
Serna-Galvis E.A., Botero-Coy A.M., Martínez-Pachón D., Moncayo-Lasso A., Ibáñez M, Hernández F., Torres-Palma R.A. Degradation of seventeen contaminants of emerging concern in municipal wastewater effluents by sonochemical advanced oxidation processes. Water Res. 2019. V. 154. P. 349-360. DOI: 10.1016/j.watres.2019.01.045.
Ferkous H., Merouani S., Hamdaoui O. Sonolytic degradation of naphthol blue black at 1700 kHz: Effects of salts, complex matrices and persulfate. J. Wat. Proc. Eng. 2016. V. 9. P. 67-77. DOI: 10.1016/j.jwpe.2015.11.003.
Ferkous H., Merouani S., Hamdaoui O., Pétrier C. Persulfateenhanced sonochemical degradation of naphthol blue black in water: Evidence of sulfate radical formation. Ultrason. Sonochem. 2017. V. 34. P. 580-587. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.06.027.
Aseev D.G., Batoeva A.A., Sizykh M.R. Sono-photocatalytic degradation of 4-chlorophenol in aqueous solutions. Rus. J. Phys. Chem. 2018. V. 92. N 9. P. 1813-1819. DOI: 10.1134/S0036024418090030.
Minamata Convention on Mercury. URL: http://www.mercury-convention.org/Convention/tabid/3426/language/en-US/ Default.aspx.
Popova S., Matafonova G., Batoev V. Simultaneous atra-zine degradation and E. coli inactivation by UV/S2O82-/Fe2+ process under KrCl excilamp (222 nm) irradiation. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019. V. 169. P. 169-177. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.11.014.
Acero J.L., Stemmler K., von Gunten U. Degradation kinetics of atrazine and its degradation products with ozone and OH radicals: A predictive tool for drinking water treatment. Environ. Sci. Technol. 2000. V. 34. P. 591-597. DOI: 10.1021/es990724e.
Manoj P., Prasanthkumar K.P., Manoj V.M., Aravind U.K., Manojkumar T.K., Aravindakumar C.T. Oxidation of substituted triazines by sulfate radical anion (SO4•-) in aqueous medium: A laser flash photolysis and steady state radiolysis study. J. Phys. Org. Chem. 2007. V. 20. P. 122-129. DOI: 10.1002/poc.1134.
Peller J.R., Mezyk S.P., Cooper W.J. Bisphenol A reactions with hydroxyl radicals: diverse pathways determined between deionized water and tertiary treated wastewater solutions. Res. Chem. Intermed. 2009. V. 35. P. 21-34. DOI: 10.1007/s11164-008-0012-6.
Sánchez-Polo M., Abdel daiem M.M., Ocampo-Pérez R., Rivera-Utrilla J., Mota A.J. Comparative study of the photodegradation of bisphenol A by HO•, SO4•- and CO3•-/HCO3• radicals in aqueous phase. Sci. Tot. Environ. 2013. V. 463-464. P. 423-431. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2013.06.012.
