Photocatalytic degradation of fungicide using composite catalysts based on titanium(IV) oxide with ecotoxicology monitoring of degradation products

[А. А. Јовановић]

124 стр.

Инжењерство заштите животне средине / Environmental Engineering

Главна тема ове докторске дисертације била је ефикасна фотокатализована разградња фунгицида помоћу новосинтетисаних катализатора на бази титан(IV)-оксида под дејством симулираног сунчевог зрачења. Површина почетног материјала модификована је оксидима сребра (Аg-P25) и церијума (Cе-P25), ванадатима железа (FeVO4/r-TiO2) и ванадијум супституисаним оксихидроксидима гетита (Fe1-xVxOOH/r-TiO2). Припремљени материјали су подвргнути исцрпним структурно-морфолошким испитивањима. Фотокатализатори су потом примењени у процесима фотокаталитичке деградације тиофанат- метила (Тф-Ме) уз праћење деградационих путева и еколошког притиска овог процеса. Током оптимизације процеса разградње, испитани су различити утицаји процесних параметара. Ефикасност процеса уклањања пестицида одређена је праћењем кинетике путем ултраљубичасте/видљиве спектроскопије и течне хроматографије. Употребом 0,07 g/l FeVO4/r-TiO2 и Fe1-xVxOOH/r-TiO2 при концентрацији пестицида од 5 mg/l потпуно разлагање Тф-Ме је детектовано након 180 и 150 min, редом. Процесу фотокатализе је у одређеним експерименталним поставкама претходила предконцентрација коришћењем шаржног или континуалног адсорптивног процеса. При томе, употребљене су модификоване мембране на бази отпадне целулозе. Варирани су различити процесни параметри ради оптимизације читавог система. Фотокатализатори Аg-P25 и Ce-P25 показали су веома високу ефикасност. Наиме, најбољи резултати добијени су при следећим оперативним условима: раствор Тф-Ме концентрације 5 mg/l у систему са 0,07 g/l изабраног катализатора, при pH = 5,5. Тотална деградација је регистрована након 120 min. Продукти деградације су праћени и одређивани током целог процеса. Добијени раствори су касније подвргнути екотоксиколошком испитивању резидуалне токсичности. Екотоксиколошки тестови додатно су објаснили утицај раствора пестицида на коришћени модел организам.

The main topic of this doctoral dissertation was the efficient photocatalyzed degradation of fungicides using newly synthesized catalysts based on titanium(IV)-oxide under the influence of simulated solar radiation. The surface of the initial material was modified with silver oxides (Ag-P25) and cerium oxide (Ce-P25), iron vanadates (FeVO4/r-TiO2) and vanadium-substituted goethite oxyhydroxides (Fe1-xVxOOH/r-TiO2). The prepared materials were subjected to exhaustive structural and morphological tests. The photocatalysts were then applied in the processes of photocatalytic degradation of thiophanate- methyl while monitoring the degradation pathways and environmental pressure of this process. During the optimization of the degradation process, various influences of the process parameters were examined. The efficiency of the pesticide removal process was determined by monitoring the kinetics through UV/Vis spectroscopy and liquid chromatography. Using 0.07 g/l FeVO4/r-TiO2 and Fe1-xVxOOH/r-TiO2 at a pesticide concentration of 5 mg/l, complete degradation was observed after 180 and 180 min, respectively. In some experimental settings, the photocatalysis process was preceded by preconcentration using a batch or continuous adsorptive process. For this purpose, modified membranes based on waste cellulose were used. Various process parameters were varied in order to optimize the entire system. Photocatalysts Ag-P25 and Ce-P25 showed very high efficiency. Namely, the best results were obtained under the following operating conditions: a thiophanate-methyl solution with a concentration of 5 mg/l in a system with 0.07 g/l of the selected catalyst, at pH = 5.5. Total degradation was observed after 120 min. Degradation products were monitored and determined throughout the process. The obtained solutions were later subjected to ecotoxicologycal assessment of residual toxicity. Ecotoxicological tests additionally explained the impact of pesticide solutions on the used model organisms.

фотокатализа, тиофанат-метил, титан(IV)-оксид, екотоксикологија, продукти деградације, отпадне воде, пестициди

photocatalysis, thiophanate-methyl, titanium dioxide, ecotoxicology, degradation products, wastewater, pesticides

544.526.5:661.163.2(043.3)

Tekst