Συνεργατική δράση ψυχρού ατμοσφαιρικού πλάσματος και καταλύτη ZnO για την αποδόμηση μίγματος οργανικών ρύπων σε υδατικά συστήματα
Loading...
Date
2024-05-23
Authors
Τσοκανάς, Δημήτρης Παναγιώτης
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η απομάκρυνση οργανικών ρύπων από τα λύματα σε σύγχρονες μονάδες επεξεργασίας συχνά αποδεικνύεται ατελής. Έτσι, απαιτείται η ανάπτυξη τεχνολογιών που να μπορούν να αποδομήσουν αποτελεσματικά τους οργανικούς ρύπους πριν από τη χρήση του νερού. Η χρήση ψυχρού πλάσματος αποτελεί μια καινοτόμο και αποδοτική μέθοδο προηγμένης οξείδωσης, βασιζόμενη στην συνεργατική δράση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας, υπεριώδους ακτινοβολίας και δραστικών ειδών που παράγονται κατά τη διάρκεια μιας εκκένωσης πλάσματος.
Σε αυτήν τη μελέτη εξετάστηκε η αποδόμηση μίγματος φαρμακευτικών ουσιών, σουλφαμεθοξαζόλης (SMX) και τριμεθοπρίμης (TMP), μέσω ψυχρού πλάσματος, είτε με την παρουσία είτε χωρίς την προσθήκη οξειδίου του ψευδαργύρου (ZnO). Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε αντιδραστήρα που οδηγείται από νανοπαλμούς υψηλής τάσης και παράγει φυσαλίδες πλάσματος απευθείας στο νερό. Εξετάστηκαν παράμετροι όπως η σύσταση του νερού, η ποσότητα του καταλύτη, η αναλογία των δύο ρύπων στο μίγμα και το είδος του αερίου πλάσματος. Επιπλέον, προσδιορίστηκαν τα δραστικά είδη πλάσματος τόσο παρουσία όσο και απουσία ZnO, ενώ διευκρινίστηκε ο ρόλος τους στην αποδόμηση των ρύπων. Επιπλέον, υπολογίστηκαν οι ενεργειακές απαιτήσεις της μεθόδου και μετρήθηκε η μείωση του ολικού οργανικού άνθρακα (TOC) του επεξεργασμένου διαλύματος σε διαφορετικές συνθήκες.
Η αποδόμηση του TMP στο νερό μέσω φυσαλίδων πλάσματος μειώθηκε από 99.9% (απουσία SMX) σε 84.6% (παρουσία SMX), με το ρυθμό αποδόμησης να μειώνεται από 0.25 σε 0.09 min-1. Αντίθετα, η αποδόμηση του SMX αυξήθηκε από 87% (απουσία TMP) σε 95% (παρουσία TMP), με τον αντίστοιχο ρυθμό αποδόμησης να αυξάνεται από 0.09 σε 0.14 min-1.
Η παρουσία ZnO φαίνεται να επηρέασε τα παραγόμενα δραστικά είδη πλάσματος στην υδατική φάση, μειώνοντας τη συγκέντρωση του H2O2 και του Ο3, ενώ αυξάνοντας τη συγκέντρωση των ⋅OH σε σύγκριση με τις φυσαλίδες πλάσματος απουσία καταλύτη. Ωστόσο, η πλασμα-καταλυτική διεργασία δεν επηρέασε την κρυσταλλική δομή και την ειδική επιφάνεια του καταλύτη. Η προσθήκη ZnO βελτίωσε το ποσοστό αποδόμησης και των δύο αντιβιοτικών, ενώ παρατηρήθηκε περαιτέρω αύξηση της αποδόμησης με τη χρήση οξυγόνου ως αερίου πλάσματος. Το αποτέλεσμα αυτό συνάδει με τη σημαντική συνεισφορά των δραστικών ειδών οξυγόνου (⋅OH, ⋅O2−) στην αποδόμηση και των δύο ρύπων, όπως φάνηκε από πειράματα με χρήση κατάλληλων ουσιών (scavengers) που δεσμεύουν εκλεκτικά το κάθε είδος πλάσματος. Είναι επίσης αξιοσημείωτο ότι το ποσοστό αποδόμησης και των δύο αντιβιοτικών ήταν υψηλότερο σε νερό βρύσης σε σύγκριση με το απιονισμένο νερό. Επιπλέον, το ποσοστό απομάκρυνσης του ολικού οργανικού άνθρακα (TOC) από το νερό λόγω επεξεργασίας φυσαλίδων πλάσματος ενισχύθηκε σημαντικά παρουσία ZnO, είτε υπό αέρα είτε υπό οξυγόνο.
Τέλος, η απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια για ποσοστά αποδόμησης >90% (EEO) ήταν εξαιρετικά χαμηλή (0.35 kWh m-3), υποδεικνύοντας ότι ο συνδυασμός φυσαλίδων πλάσματος που οδηγούνται από νανοπαλμούς υψηλής τάσης και ZnO είναι ένα από τα πιο οικονομικά και αποδοτικά συστήματα καθαρισμού νερού. Αυτή η μελέτη συνεισφέρει στην ανάπτυξη μιας ενεργειακά αποδοτικής και αποτελεσματικής μεθόδου αποδόμησης μιγμάτων φαρμακευτικών ουσιών στο νερό.
Description
Keywords
Μίγμα ρύπων, Πλασμακατάλυση, Φυσαλίδες πλάσματος