Деградация промышленных красителей - Industrial dye degradation - Wikipedia

Синтетические красители можно найти в широком ассортименте товаров, таких как одежда, кожаные аксессуары и мебель. Эти красители обычно используются каждый день. Однако побочным эффектом их широкого использования является то, что до 12% этих красителей теряется в процессе окрашивания, и около 20% этих отходов попадает в окружающую среду (в основном в водоснабжение).[1]

Общепромышленные красители разных цветов и типов.

Разложение красителя - это процесс, при котором большие молекулы красителя химически расщепляются на более мелкие. В результате образуются вода, углекислый газ и побочные минеральные продукты, которые придают цвет оригинальному красителю. В процессе окрашивания используются не все молекулы красителя. Водные отходы, которые выпускает промышленность, содержат определенное количество этих молекул красителя. Молекулы красителя сохраняются в окружающей среде, потому что многие из них не реагируют на свет, кислоты, основания и кислород. Цвет материала становится постоянным.

Фотокатализ

Стандартная установка для фотокатализа

Гетерогенный фотокатайлсис - широко распространенный метод очистки окружающей среды.[2] Стандартная экспериментальная установка для фотокатализа разложения красителя заключается в использовании УФ-лампы для выработки энергии для создания окислительных радикалов. Фотокатализ представляет собой добавление света к оксиду / сульфиду полупроводника, в результате которого электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости. Образованные электронно-дырочные пары будут реагировать с молекулами кислорода и воды с образованием супероксидных анионов и гидроксидных радикалов, которые обладают повышенной окислительной и восстанавливающей способностью, которые можно использовать во многих промышленных красителях.[3]

Методы

6,13-пентаценхинон / диоксид титана

Оксид титана (TiO2) является биологически стабильным, нетоксичным и дешевым, что делает его очень распространенным полупроводником для разложения красителей. Из-за большой ширины запрещенной зоны могут быть внесены некоторые изменения для улучшения его фотокаталитических свойств, например, синтез 6,13-пентаценхинона / TiO.2. Диоксид титана в сочетании с ультрафиолетовый свет может использоваться для обесцвечивания и детоксикации разбавленных цветных сточных вод, таких как Ализарин, азокрасители, метиловый красный, метиленовый синий, так далее.[4] Уменьшенный оксид графена -TiO2 может действовать как фотокатализатор для разложения метиловый апельсин, азокраситель, и фармацевтические сточные воды.[5]

CuS

Трехмерные структуры сульфида меди (CuS) предпочтительны для разложения метиленового синего, потому что он нетоксичен, недорог и стабилен в условиях окружающей среды. Он обладает эффективной каталитической способностью из-за высокого отношения площади поверхности к объему, что обеспечивает лучший контакт между реагентами и CuS.[6]

Графитовый нитрид углерода

Иерархически пористый графитовый нитрид углерода (hp-g-CN) 90% фотодеградация метилового апельсина, что является улучшением по сравнению с другими коммерческими фотокатализаторами.[7] Это связано с более высокой площадью поверхности для увеличения абсорбционной способности и пористыми свойствами, которые позволяют увеличить диффузию метилового оранжевого.

Фентон процесс

Путь реакции Фентона. Образуются окисляющие гидроксильные и пероксирадикалы, которые неселективно разрушают любые присутствующие молекулы красителя.

Процесс Фентона использует железные катализаторы с H2О2 для создания мощных окисляющих гидроксидов для разложения органических загрязнителей, таких как сточные воды и ил, а также красителей. Для усиления каталитических способностей комбинация Fe2+ катионы, ультрафиолетовый свет и перекись водорода могут быть использованы и показали лучшее удаление растворов красителей.[8]

Биомасса

Разложение биомассы относится к использованию микроорганизмов, таких как бактерии и грибы, для производства ферментов, которые могут взаимодействовать с молекулами красителей. Лакказы - это белки, которые производятся Lentinus sp; его активный центр содержит группу полифенолоксидаз, объединенную с четырьмя ионами меди. Они могут образовывать водородные связи с синтетическими красителями. Эффективность этого фермента пропорциональна количеству водородных связей, которые образуются между ферментом и красителями.[9] Микроорганизмами легко манипулировать, но эффективность сильно зависит от pH, ионной силы и температуры. Это будет варьироваться в зависимости от сточных вод.[10] Сточные воды могут быть сначала обработаны штаммом дрожжей. Candida tropicalis Затем JKS2 подвергается последующей фотокаталитической обработке для разложения ароматических колец, чтобы можно было достичь экономически эффективного результата.[11] Иммобилизованные клетки грибов более устойчивы к стрессу окружающей среды, и клетки можно использовать повторно.[12]

Опасности

Многие красители, особенно в текстильной промышленности, такие как метиленовый синий или метиловый красный, попадают в экосистемы через сточные воды.[13] Многие из этих красителей могут быть канцерогенными и вступать в контакт с людьми. В результате, новые методы очистки сточных вод все еще находятся в разработке.[14]

Рекомендации

  1. ^ Rauf, M.A .; Ашраф С.С.Фундаментальные принципы и применение гетерогенного фотокаталитического разложения красителей в растворе. Журнал химической инженерии 2009, 151, 10-18.
  2. ^ Пандит, В.К .; Arbuj, S.S .; Pandit, Y.B .; Naik, S.D .; Rane, S.B .; Mulik, U.P .; Gosavic, S.W .; Кале, Б. Б. Разложение красителя под воздействием солнечного света с использованием нового органо-неорганического нанокомпозита (6,13-пентаценхинон / TiO2) ». RSC Adv. 2015, 5, 10326-10331.
  3. ^ Шафик, Икраш; Хуссейн, Мурид; Шехзад, Насир; Maafa, Ibrahim M .; Ахтер, Парвин; Амджад, Ум-э-сальма; Шафик, Шумер; Раззак, Абдул; Ян, Веншу; Тахир, Мухаммед; Руссо, Нунцио (август 2019). «Влияние граней кристаллов и индуцированной пористости на характеристики моноклинного BiVO4 для улучшенного фотокаталитического уменьшения выбросов метиленового синего в видимом свете». Журнал экологической химической инженерии. 7 (4): 103265. Дои:10.1016 / j.jece.2019.103265. ISSN  2213-3437.
  4. ^ Lachheba, H .; Puzenata, E .; Houasb, A .; Ксибиб, М .; Elalouib, E .; Guillarda, C .; Херрманна, Дж. Фотокаталитическое разложение различных типов красителей (Ализарин S, Crocein Orange G, метиловый красный, конго красный, метиленовый синий) в воде под действием УФ-облученного титана. Прикладной катализ B: Окружающая среда 2002, 39 (1), 75-90.
  5. ^ Pastrana-Martínez, L.M .; Morales-Torres, S .; Likodimos, V .; Figueiredo, J.L .; Faria, J.L .; Фаларас П. Усовершенствованные наноструктурированные фотокатализаторы на основе восстановленного оксида графена – TiO.2 композиты для разложения фармацевтического дифенгидрамина и красителя метилового оранжевого. Прикладной катализ B: Окружающая среда 2012, 19 (9), 3676-3687.
  6. ^ Shu, Q.W .; Lan, J .; Gao, M.X .; Wangb, J .; Хуанг, К.З. Контролируемый синтез сверхструктур с прогибом CuS и их применение для катализа разложения органических красителей в отсутствие света. CrystEngComm 2015, 17, 1374-1380.
  7. ^ Gu, S .; Xieb, J .; Ли, К. Иерархически пористый графитовый нитрид углерода: крупномасштабный простой синтез и его применение для фотокаталитического разложения красителя. RSC Adv. 2014, 4, 59436-59439.
  8. ^ Сюй, X .; Li, H .; Wang, W .; Гу, Дж. Разложение красителей в водных растворах по процессу Фентона. Chemosphere 2004, 57, 595-600.
  9. ^ Hsu, C.A .; Wen, T.N .; Su, Y.C .; Jiang, Z.B .; Chen, C.W .; Шюр Л.Ф. Биологическая деградация антрохинона и азокрасителей новой лакказой из Lentinus sp. Наука об окружающей среде и технологии 2012, 46 (9), 5109-5117.
  10. ^ Prachi, K .; Анушри, М. Обесцвечивание грибковых красителей: последние достижения и будущий потенциал. Environment International 2009, 35 (1), 127-41.
  11. ^ Jafari, N .; Kasra-Kermanshahi, R .; Soud, M.R .; Mahvi, A.H .; Гарави, С. Деградация текстильного реактивного азокрасителя с помощью комбинированного биологического и фотокаталитического процесса: Candida tropicalis Jks2 -Tio2 / Uv. Иранский журнал науки и техники в области гигиены окружающей среды 2012, 9 (33), 1-7.
  12. ^ Коуту, С. Удаление красителя обездвиженными грибами. Успехи биотехнологии 2009, 27 (3), 227-235.
  13. ^ Хуанг, С .; Ю. Хуанг; Х. Ченг; Ю. Хуанг. Кинетическое исследование иммобилизованного оксида железа для каталитического разложения азокрасителя реактивного черного B с каталитическим разложением пероксида водорода. Catalysis Communications 2009, 10 (5), 561-566.
  14. ^ Первез Н., Хе В., Зарра Т., Наддео В., Чжао Ю. (2020) (2020). «Новый устойчивый подход к производству системы персульфата, активированной Fe3O4 / оксидом графена, для удаления красителя из реальных сточных вод». Вода. 12 (3): 733. Дои:10.3390 / w12030733.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)