Sülfat ve hidroksil radikali bazlı fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile fenol giderimi

Yıl 2012, Cilt: 22 Sayı: 1, 37 - 47, 31.12.2012

Çiğdem Bihter Yazıcı İrem Şekeroğlu Rafet Emir Duygan Ceren İmren Tuğba Ölmez-hancı

Öz

Toksik etkileri nedeni ile öncelikli kirleticiler arasında değerlendirilen fenolün persülfat/UV-C, peroksimonosülfat (PMS)/UV-C ve H2O2/UV-C fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile artımının incelendiği bu çalışmada her bir proses için ana madde (fenol) ve toplam organik karbon (TOK) giderim verimleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Bununla birlikte, fenol kirleticisinin arıtımı sırasında oluşan oksidasyon ara ürünleri belirlenmiştir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar ışığında sülfat radikali bazlı fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile fenol oksidasyonunun yüksek verimler ile gerçekleştiği söylenebilmektedir. İncelenen fotokimyasal oksidasyon prosesi ile fenol gideriminin; görünür birinci dereceden kinetiğe uyum sağladığı belirlenmiştir. 48 mg/L (515 µM) fenol içeren sentetik olarak hazırlanmış numunelerde başlangıç oksidan dozajının artırılması ile çalışılan her üç proseste gerek fenol giderim/ileri oksidasyon hızları gerekse mineralizasyon mertebeleri belirgin şekilde artmıştır. Persülfat/UV-C prosesi için 0-30 mM konsantrasyon aralığında, en yüksek reaksiyon hız sabiti (0.2267 1/dk.) 30 mM persülfat konsantrasyonunda elde edilmiştir. PMS/UV-C ve H2O2/UV-C prosesleri için optimum başlangıç oksidan dozajları ise sırası ile 20 mM (0.3821 1/dk.) ve 30 mM (0.3585 1/dk.) olarak bulunmuştur. 5 mM oksidan dozajında H2O2/UV-C prosesi ile %87, persülfat/UV-C ve PMS/UV-C prosesleri ile sırası ile %65 ve %33’lük TOK giderim verimleri elde edilmiştir. Oksidan dozajının 20 mM değerine artışı ile persülfat/UV-C (30 dk.) ve H2O2/UV-C (50 dk.) prosesleri ile tam mineralizasyon (%100 TOK giderimi) sağlanmıştır. PMS/UV-C prosesi ile ise %97 mertebesinde TOK giderimi elde edilmiştir. Fenol kirleticisinin, sülfat ve hidroksil radikali bazlı fotokimyasal ileri oksidasyon prosesleri ile arıtımında oluşan oksidasyon ara ürünleri benzokinon, hidrokinon ve katekol olarak belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Fenol, ileri oksidasyon prosesleri, persülfat/UV-C, peroksimonosülfat (PMS)/UV-C, H2O2/UV-C, oksidasyon ara ürünleri

Kaynakça

• Alaton, I.A., Balcioglu, I.A., (2001). Photochemical and heterogeneous photocatalytic degradation of waste vinylsulphone dyes: A case study with hydrolysed Reactive Black 5, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 141, 247-254.
• Anipsitakis, G.P., Dionysiou, D.D., (2004). Transition metal/UV-based advanced oxidation technologies for water decontamination, Applied Catalysis B: Environment, 54, 155-163.
• Anipsitakis, G.P., Dionysiou, D.D., González, M.A., (2006). Cobalt-mediated activation of peroxymonosulphate and sulphate radical attack on phenolic compounds. Implications of chloride ions, Environmental Science and Technology, 40, 1000-1007.
• Arslan-Alaton, I., Erdinç, E., (2006). Effect of photochemical treatment on the biocompatibility of a commercial nonionic surfactant used in the textile industry, Water Research, 40, 3409-3418.
• Behnajady, M.A., Modirshahla, N., Shokri, M., (2004). Photodestruction of Acid Orange 7 (AO7) in aqueous solutions by UV/H2O2: influence of operational parameters, Chemosphere, 55, 129-134.
• Buxton, G., Greenstock, C., Helman, W., Ross, A., (1988). Critical review of data constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals in aqueous solutions, Journal Physical&Chemical Reference Data, 17, 513-886.
• Criquet, J., Nebout, P., Vel Leitner, N.K., (2010). Enhancement of carboxylic acid degradation with sulfate radical generated by persulfate activation, Water Science and Technlogy, 61, 1221-1226.
• Criquet, J., Vel Leitner, N.K., (2009). Degradation of acetic acid with sulphate radical generated by persulfate ions photolysis, Chemosphere, 77, 194-200.
• Davi, M.L., Gnudi, F., (1999). Phenolic compounds in surface water, Water Research, 33, 3213-3219.
• Fernandez, J., Maruthamuthu, P., Renken, A., Kiwi, J., (2004). Bleaching and photobleaching of Orange II within seconds by the oxone/Co2+ reagent in Fenton-like processes, Applied Catalysis B: Environment, 49, 207-215.
• Huang, K., Zhao, Z., Hoag, G.E., Dahmani, A., Block, P.A., (2005). Degradation of volatile organic compounds with thermally activated persulfate oxidation, Chemosphere, 61, 551-560.
• İmren, C., Ölmez-Hancı, T., Kabdaşlı, I., Tünay, O., Arslan-Alaton, İ., (2010). Peroksimonosülfat (okson)/UV-C Fotokimyasal Prosesi ile Dimetil Ftalatın Giderimi., itüdergisi/e su kirlenmesi kontrolü, 20, 2, 39-47.
• La Grega M.D., Buckingham P.L., Evans J.C., (1994). Hazardous Waste Management, McGraw-Hill, New York.
• Liang, C., Su, H-W., (2009). Identification of sulfate and hydroxyl radicals in thermally activated persulfate, Industrial & Engineering Chemistry Research, 48, 5558-5562.
• Lin, Y-T., Liang, C., Chen, J-H., (2011). Feasibility study of ultraviolet activated persulfate oxidation of phenol, Chemosphere, 82, 1168-1172.
• Madhavan, J., Maruthamuthu, P., Murugesan, S., Ashokkumar, M., (2009). Kinetics of degradation of Acid Red 88 in the presence of Co2+ ion/peroxomonosulphate reagent, Applied Catalysis A: General, 368, 35-39.
• Mendez-Diaz, J., Sanchez-Polo, M., Rivera-Utrilla, J., Canonica, S., von Gunten, U., (2010). Advanced oxidation of the surfactant SDBS by means of hydroxyl and sulphate radicals, Chemical Engineering Journal, 163, 300-306.
• Mijangos, F., Varona F., Villota, N., (2006). Changes in solution color during phenol oxidation by Fenton reagent, Environmental Science and Technology, 40, 5538-5543.
• Morales-Roque, J., Carrillo-Cardenas, M., Jayanthi, N., Cruz, J., Pandiyan, T., (2009). Theoretical and experimental interpretations of phenol oxidation by hydroxyl radical, Journal of Molecular Structure:Theochem, 910, 74-79.
• Nicole, I., De Laat, J., Dore, M., Duguet, J.P., Bonnel, C., (1990). Utilisation du rayonnement ultraviolet dans le traitement de eaux: Measure du flux photonique par actinometrie chimique au pe roxide d’hydrogene., Water Research, 24, 157-168.
• Norman, R.O.C., Storey, P.M., West, P.R., (1970). Electron spin resonance studies. Part XXV. Reactions of sulphate radical anion with organic compounds. Journal of American Chemical Society, 1087-1095.
• Ölmez-Hancı, T., İmren, C., Arslan-Alaton, İ., Kabdaşlı, I., Tünay, O., (2009). H2O2/UV-C oxidation of potential endocrine disrupting compounds: a case study with dimethyl phthalate, Photochemical & Photobiological Sciences, 8, 620-627.
• Rickman, K.A., Mezyk, S.P., (2010). Kinetics and mechanisms of sulfate radical oxidation of beta- lactam antibiotics in water, Chemosphere, 81, 359-365.
• SKKY, (2004). Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, Resmi Gazete, 25687, 31 Aralık Cuma 2004.
• US EPA, (1984). Methods 604. Phenols in Federal Register. October 26, Part VIII, 40 cfr, Part 136, 58.
• Yalfani, M.S., Contreras, S., Medina, F., Sueiras, J.E., (2009). Phenol degradation by Fenton's process using catalytic in situ generated hydrogen peroxide, Applied Catalysis B: Environment, 89, 519-526.