КІНЕТИКА ОКИСНЮВАЛЬНОЇ ДЕГРАДАЦІЇ МЕТИЛОВОГО ОРАНЖЕВОГО З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОЦЕСУ “СОНОПЕРОКСАТ”
DOI:
https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2022.262234Ключові слова:
азобарвники, окиснювальна деградація, ультразвукова кавітація, перйодат, UV/Vis-спектроскопія, константа швидкості, ІЧ-спектроскопіяАнотація
Недоліками фотокаталітичних та Фентон-подібних передових процесів окиснення барвників є високі енерговитрати та довготривалість, що зумовлено утворенням тільки одного основного реакційного виду – гідроксильних радикалів. Для збільшення швидкості деградації азобарвників, зокрема метилового оранжевого (MO), вперше було запропоновано використовувати передовий процес окиснення “Сонопероксат” (ультразвук/H2O2/KIO4), під час реалізації якого формується комплекс реакційних видів, який включає як радикали (йодильні, перйодильні, гідроксильні), так і високоактивну сполуку молекулярного типу (синглетний кисень – 1O2). Встановлено раціональні умови окиснювальної деградації MO: початкова концентрація MO у його водному розчині – 76,5·10-6 моль/дм3; мольне співвідношення MO:H2O2:KIO4=1:50:10; pH реакційного середовища – 3,00; температура середовища – 293 К; питома потужність ультразвукового кавітаційного оброблення – 68,0 Вт/дм3. Визначено константу швидкості окиснювальної деградації MO, яка за раціональних умов дорівнювала 2,883·10-3 с-1. Синергетичний ефект, зумовлений комбінацією дії ультразвукової кавітації та процесу H2O2/KIO4, охарактеризовано значенням синергетичного коефіцієнта, який дорівнював 1,62. На основі результатів UV/Vis- та ІЧ-спектроскопії підтверджено руйнування азозв’язку у молекулах MO та деградацію барвника. За результатами ідентифікації функціональних груп інтермедіатів методом ІЧ-спектроскопії запропоновано можливий шлях окиснювальної деградації МО з використанням процесу “Сонопероксат”, який послідовно включає розривання азозв’язку, демети-лювання первинних амінів, деамінування амінопохідних бензену, розкриття бензенового кільця з утворенням лінійних сполук та мінералізацію останніх.
Посилання
H. N. Altayb, B. Kouidhi, O. A. S. Baoth-man, J. A. Abdulhakim, L. Ayed, M. Hager, and K. Chaieb, "Mathematical modeling and optimization by the application of full facto-rial design and response surface methodolo-gy approach for decolourization of dyes by a newly isolated Photobacterium ganghwense", Journal of Water Process En-gineering, vol. 44, p. 102429, 2021. doi: 10.1016/j.jwpe.2021.102429.
Y. Sukhatskiy, Z. Znak, O. Zin, and D. Chupinskyi, "Ultrasonic cavitation in wastewater treatment from azo dye methyl orange", Chemistry & Chemical Technology, vol. 15, no. 2, pp. 284-290, 2021. doi: 10.23939/chcht15.02.284.
M. Saeed, S. Adeel, H. Abdur-raoof, M. U. A. Mansha, A. Ahmad, and M. Am-jed, "ZnO catalyzed degradation of methyl orange in aqueous medium", Chiang Mai Journal of Science, vol. 44 (4), pp. 1646-1653, 2017. doi: 10.13140/rg.2.2.17237.01762.
R. A. Putri, S. Safni, N. Jamarun, and U. Septiani, "Kinetics study and degradation pathway of methyl orange photodegradation in the presence of C-N-codoped TiO2 cata-lyst", Egyptian Journal of Chemistry, vol. 62, pp. 563-575, 2019. doi: 10.21608/ejchem.2019.14543.1883.
Z. Junbo, M. Di, Z. Hong, L. An, L. M. Jiao, H. Shengtian, and L. Jianzhang, "Photocata-lytic decolorization of methyl orange solu-tion with potassium peroxydisulfate", Cen-tral European Journal of Chemistry, vol. 6 (2), pp. 245-252, 2008. doi: 10.2478/s11532-008-0016-5.
P. S. Harikumar, L. Joseph, and A. Dhanya, "Photocatalytic degradation of textile dyes by hydrogel supported titanium dioxide na-noparticles", Journal of Environmental En-gineering & Ecological Science, vol. 2, p. 2, 2013. doi: 10.7243/2050-1323-2-2.
S. A. Bhat, F. Zafar, A. H. Mondal, A. Kareem, A. Z. Mirza, S. Khan, A. Mo-hammad, Q. M. R. Haq, and N. Nishat, "Photocatalytic degradation of carcinogenic Congo red dye in aqueous solution, antioxi-dant activity and bactericidal effect of NiO nanoparticles", Journal of the Iranian Chem-ical Society, vol. 17 (1), pp. 215-227, 2020. doi: 10.1007/s13738-019-01767-3.
V. K. Landge, C.-M. Huang, V. S. Hakke, S. H. Sonawane, S. Manickam, and M.-C. Hsieh, "Solar-energy-driven Cu-ZnO/TiO2 nanocomposite photocatalyst for the rapid degradation of Congo red azo dye", Catalysts, vol. 12, p. 605, 2022. doi: 10.3390/catal12060605.
M. Said, W. T. Rizki, W. R. Asri, D. Des-nelli, A. Rachmat, and P. L. Hariani, "SnO2-Fe3O4 nanocomposites for the photodegrada-tion of the Congo red dye", Heliyon, vol. 8 (4), p. e09204, 2022. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e09204.
G. Hitkari, P. Ghowdhary, V. Kumar, S. Singh, and A. Motghare, "Potential of copper-zinc oxide nanocomposite for photo-catalytic degradation of congo red dye", Cleaner Chemical Engineering, vol. 1, p. 100003, 2022. doi: 10.1016/j.clce.2022.100003.
Y. Yang, K. Liu, F. Sun, Y. Liu, and J. Chen, "Enhanced performance of photo-catalytic treatment of Congo red wastewater by CNTs-Ag-modified TiO2 under visible light ", Environmental Science and Pollution Research, vol. 29, pp. 15516-15525, 2022. doi: 10.1007/s11356-021-16734-w.
P. L. Hariani, M. Said, S. Salni, N. Aprianti, and Y. A. L. R. Naibano, "High efficient photocatalytic degradation of methyl orange dye in an aqueous solution by CoFe2O4-SiO2-TiO2 magnetic catalyst", Journal of Ecological Engineering, vol. 23 (1), pp. 118-128, 2022. doi: 10.12911/22998993/143908.
Z. Benredjem, K. Barbari, I. Chaabna, S. Saaidia, A. Djemel, R. Delimi, S. Douas, and K. Bakhouche, "Comparative investiga-tion on the removal of methyl orange from aqueous solution using three different ad-vanced oxidation processes", International Journal of Chemical Reactor Engineering, vol. 19 (6), pp. 597-604, 2021. doi: 10.1515/ijcre-2020-0243.
A. L. Butt, J. K. Mpinga, and S. M. Ticha- pondwa, "Photo-Fenton oxidation of methyl orange dye using South African ilmenite sands as a catalyst", Catalysts, vol. 11, p. 1452, 2021. doi: 10.3390/catal11121452.
N. E. Chadi, S. Merouani, O. Hamdaoui, M. Bouhelassa, and M. Ashokkumar, "H2O2/periodate (-4IO): A novel advanced oxidation technology for the degradation of refractory organic pollutants", Environmen-tal Science: Water Research & Technology, vol. 5 (6), pp. 1113-1123, 2019. doi: 10.1039/C9EW00147F.
N. E. Chadi, S. Merouani, O. Hamdaoui, M. Bouhelassa, and M. Ashokkumar, "Influ-ence of mineral water constituents, organic matter and water matrices on the perfor-mance of H2O2/-4IO-advanced oxidation process", Environmental Science: Water Re-search & Technology, vol. 5 (11), pp. 1985-1992, 2019. doi: 10.1039/C9EW00329K.
Y. Sukhatskiy, M. Sozanskyi, M. Shepida, Z. Znak, and P. R. Gogate, "Decolorization of an aqueous solution of methylene blue using a combination of ultrasound and peroxate process", Separation and Purifica-tion Technology, vol. 288, p. 120651, 2022. doi: 10.1016/j.seppur.2022.120651.
J. Oakes, and P. Gratton, "Kinetic investiga-tions of the oxidation of Methyl Orange and substituted arylazonaphthol dyes by peracids in aqueous solution", Journal of the Chemi-cal Society, Perkin Transactions, no. 2, pp. 2563-2568, 1998. doi: 10.1039/A807272H.
Z. O. Znak, Y. V. Sukhatskiy, O. I. Zin, S. V. Khomyak, R. V. Mnykh, and A. V. Lysenko, "The decomposition of the benzene in cavitation fields", Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii (Issues of Chem-istry and Chemical Technology), vol. 1 (116), pp. 72-77, 2018.
M. Mozurkewich, and S. W. Benson, "Nega-tive activation energies and curved Arrheni-us plots. 1. Theory of reactions over poten-tial wells", The Journal of Physical Chemis-try, vol. 88, no. 25, pp. 6429-6435, 1984. doi: 10.1021/j150669a073.
D. Baena-Baldiris, A. Montes-Robledo, and R. Baldiris-Avila, "Franconibacter sp., 1MS: A new strain in decolorization and degradation of azo dyes Ponceau S Red and Methyl Orange", ACS Omega, vol. 5, pp. 28146-28157, 2020. doi: 10.1021/acsomega.0c03786.
S. Yang, R. Jin, Z. He, Y. Qiao, S. Shi, W. Kong, Y. Wang, and X. Liu, "An exper-imental study on the degradation of methyl orange by combining hydrodynamic cavita-tion and chlorine dioxide treatments", Chem-ical Engineering Transations, vol. 59, pp. 289-294, 2017. doi: 10.3303/CET1759049.
S. Srinivasan, and S. K. Sadasivam, "Bio-degradation of textile azo dyes by textile ef-fluent non-adapted and adapted Aeromonas hydrophila", Environmental Research, vol. 194, p. 110643, 2021. doi: 10.1016/j.envres.2020.110643.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
URN
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Юрій Сухацький, Мар’яна Шепіда, Мартин Созанський, Зеновій Знак , Семен Хом’як
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому збірнику, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають збірнику право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License CC BY-NC, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому збірнику.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи в тому вигляді, в якому її опубліковано цим збірником (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому збірнику.
Політика збірника наукових праць дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
