PL176176B1

PL176176B1 - Sposób degradacji fenolu w wodzie na drodze fotokatalitycznej

Info

Publication number: PL176176B1
Application number: PL94305962A
Authority: PL
Inventors: Antoni W. Morawski; Kazimierz Kałucki; Joanna Grzechulska; Maria Tomaszewska
Original assignee: Politechnika Szczecinska
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 1999-04-30
Also published as: PL305962A1

Abstract

Sposób degradacji fenolu w wodzie na drodze fotokatalitycznej światłem lampy rtęciowej z filtrem odcinającym promieniowanie poniżej 280 nm wobec przepływającego tlenu korzystnie w postaci przepływającego powietrza, znamienny tym, że degradację fenolu w wodzie o stężeniu od 0,001 do 2 g/diri przeprowadza się na drodze reakcji fotokatalizy wobec modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu wprowadzanego w ilości od 0,3 do 0,6 g/dm roztworu w czasie od 1,5 do 5 godzin, przy czym modyfikowany dwutlenek tytanu parami metalicznego potasu zawiera fazę K2TiąO9 oraz inkludowany potas między warstwami TiO2

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób degradacji fenolu w wodzie na drodze fotokatalitycznej.

W ostatnich latach szerokie zastosowanie wzbudził sposób fotokatalitycznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych na różnych materiałach półprzewodnikowych, wykorzystywany do procesów oczyszczania wody i ścieków. Wiele sproszkowanych półprzewodników, na przykład ZnO, CdS, T1O2 zawieszonych w wodzie, w obecności tlenu inicjuje utlenianie związków organicznych. Podczas naświetlania półprzewodnika promieniowaniem o energii większej od energii pasma wzbronionego, wewnątrz półprzewodnika tworzą się pary elektrondziura. Te nośniki ładunku migrują do powierzchni półprzewodnika, gdzie mogą reagować z zawartymi w roztworze cząstkami związków o odpowiednim potencjale redox. Związki te są fotokatalitycznie przekształcane w związki mniej szkodliwe lub najczęściej, poprzez różne produkty przejściowe, ulegają całkowitemu rozkładowi do wody i dwutlenku węgla.

Mechanizm fotokatalitycznego rozkładu związków organicznych nie jest do końca wyjaśniony. Przyjmuje się, że cząstkami odpowiedzialnymi za proces utleniania są rodniki Oh. Powstają one za pośrednictwem dziur i elektronów tworzących się podczas naświetlania na powierzchni półprzewodnika i adsorbującej się na tej powierzchni wody lub tlenu. Rodniki te reagują następnie z zawartym w roztworze fenolem, powodując jego utlenianie, prowadzące poprzez produkty przejściowe do jego całkowitego utlenienia. W czasie fotokatalizy przez wodę zawierającą fenol przepuszcza się powietrze zawierające tlen. Czas fotokatalizy, podczas której zachodzi degradacja fenolu trwa tak długo, aż w wodzie nie stwierdzi się obecności fenolu.

Fenol i jego pochodne są jednym z głównych zanieczyszczeń występujących w ściekach z różnych gałęzi przemysłu.

Celem wynalazku jest opracowanie prostej i łatwej w obsłudze metody fotokatalitycznego rozkładu fenolu w wodzie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że degradację fenolu w wodzie przeprowadza się na drodze fotokatalitycznej światłem lampy rtęciowej z filtrem o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm wobec przepuszczanego tlenu, korzystnie powietrza. Cechą charakterystyczną wynalazku jest przeprowadzanie degradacji fenolu o stężeniu od 0,001 do 2 g/dm3 wobec modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu wprowadzanego w ilości od 0,3 do 0,6 g/dm³ roztworu w czasie od 1,5 do 5 godzin, przy czym modyfikowany dwutlenek tytanu parami metalicznego potasu zawiera fazę K2T14O9 oraz inkludowany potas pomiędzy warstwami dwutlenku tytanu. Oznacza to, że dwutlenek tytanu modyfikowany parami metalicznego potasu zawierający wskazaną fazę i inkludowany potas między warstwami T1O2 będzie fotokatalizatorem. Potas, który nie wejdzie w fazę K2T14O9 oraz inkludowany potas między warstwami dwutlenku tytanu zostanie odmyty.

176 176

Modyfikowanie dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zachodzi w temperaturze odparowywania potasu. Jest to zatem temperatura powyżej temperatury parowania potasu, tj. 63,6°C i niższa od jego temperatury wrzenia tj. 775°C.

Zaletą sposobu według wynalazku jest wykorzystanie do rozkładu fenolu katalizatora reakcji rozkładu w postaci modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zawierającego fazę K2Ti4O9 oraz inkludowany potas między warstwami dwutlenku tytanu. Zastosowanie dwutlenku tytanu czystego - niemodyfikowanego parami metalicznego potasu w takich samych warunkach wykonania - nie daje pozytywnych wyników. Takie próby przeprowadzono i wykazano w przykładach wykonania. Obecność fazy K2Ti4O9 i inkludowanego potasu między warstwami dwutlenku tytanu powoduje rozkład fenolu w wodzie na drodze fotokatalitycznej.

W metodzie według wynalazku katalizator posiada aktywną fazę oraz inkludowany potas między warstwami dwutlenku tytanu i jest przedmiotem zgłoszenia patentowego nr P. 305963.

Zaletą sposobu według wynalazku jest całkowity rozkład fenolu w wodzie.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w podanych poniżej przykładach.

Przykład I. W reaktorze ze szkła kwarcowego o pojemności 500 cm³ umieszczono 300 ml roztworu wodnego fenolu o stężeniu 0.11 g/dm3 i 0.6 g fotokatalizatora w postaci czystego TiO2 (bez potasu). Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, przez 4 godziny.

Po zakończeniu reakcji oddzielano katalizator od roztworu i oznaczano zawartość fenolu metodą bromianometryczną. Nie stwierdzono redukcji fenolu w roztworze.

Do reaktora ze szkła kwarcowego o pojemności 500 ml wprowadzono 300 ml roztworu fenolu o stężeniu 0.1 g/dm3 i 0.6 g fotokatalizatora tj. modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zawierającego fazę K2T14O9 oraz inkludowany potas pomiędzy warstwami dwutlenku tytanu. Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, przez 4 godziny.

Po zakończeniu reakcji oddzielano katalizator od roztworu i oznaczano zawartość fenolu metodą bromianometryczną.

Stężenie fenolu w mieszaninie poreakcyjnej - 0.0587 g/dm3.

Przykład II. W reaktorze ze szkła kwarcowego o pojemności 500 cm3 umieszczono 300 ml roztworu fenolu o stężeniu 0.55 g/dm3 i 0.6 g fotokatalizatora tj. modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zawierającego fazę KTi4O9 oraz inkludowany potas pomiędzy warstwami dwutlenku tytanu. Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, przez 5 godzin.

Stężenie fenolu w mieszaninie poreakcyjnej - 0.047 g/dm3.

Przykład III. W reaktorze ze szkła kwarcowego o pojemności 500 cm3 umieszczono 300 ml roztworu fenolu o stężeniu 0.055 g/dm3 i 0,3 g fotokatalizatora tj. modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zawierającego fazę K2Ti4O9 oraz inkludowany potas pomiędzy warstwami dwutlenku tytanu. Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, przez 2,5 godziny.

Stężenie fenolu w mieszaninie poreakcyjnej - 0.016 g/dml

Przykład IV. W reaktorze ze szkła kwarcowego o pojemności 500 cm3 umieszczono 300 ml roztworu fenolu o stężeniu 0.1 g/dm3 i 0.6 g fotokatalizatora tj. modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zawierającego fazę K2T14O9 oraz inkludowany

176 176 potas pomiędzy warstwami dwutlenku tytanu. Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, przez 3 godziny.

Stężenie fenolu w mieszaninie poreakcyjnej - 0.004 g/dm³.

Przykład V. W reaktorze ze szkła kwarcowego o pojemności 500 cm3 umieszczono 300 ml roztworu fenolu o stężeniu 0.11 g/dm3 i 0.6 g fotokatalizatora tj. czystego TiO2 (bez potasu). Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, przez 4 godziny.

Do tego samego reaktora wprowadzono wodny roztwór fenolu o stężeniu 0.11 g/dm31 0.6 g fotokatalizatora tj. modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu zawierającego fazę Κ2ΤΊ4Ο9 oraz inkludowany potas pomiędzy warstwami dwutlenku tytanu. Przez roztwór przepuszczano powietrze. Zawartość reaktora mieszano mieszadłem magnetycznym. Mieszaninę reakcyjną naświetlano lampą rtęciową o mocy 370 W z zastosowaniem filtra odcinającego promieniowanie poniżej 280 nm, odpowiednio przez 1.5, 2.0, 3.0 i 3.5, 3.75, 4.5 godziny. Stwierdzono, co następuje:

Czas naświetlania [h]	Zawartość fenolu po reakcji [g/dm3]	Degradacja fenolu [%]
1.5	0.015	61
2.0	0.012	81
3.0	0.0078	86
3.5	0.0039	93
3.75	0.0019	96
4.5	0.0	100

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób degradacji fenolu w wodzie na drodze fotokatalitycznej światłem lampy rtęciowej z filtrem odcinającym promieniowanie poniżej 280 nm wobec przepływającego tlenu korzystnie w postaci przepływającego powietrza, znamienny tym, że degradację fenolu w wodzie o stężeniu od 0,001 do 2 g/dm³ przeprowadza się na drodze reakcji fotokatalizy wobec modyfikowanego dwutlenku tytanu parami metalicznego potasu wprowadzanego w ilości od 0,3 do 0,6 g/dm³ roztworu w czasie od 1,5 do 5 godzin, przy czym modyfikowany dwutlenek tytanu parami metalicznego potasu zawiera fazę K2Ti4O9 oraz inkludowany potas między warstwami TiO2.