Zastosowanie odczynnika Fentona modyfikowanego nanożelazem do rozkładu barwników azowych (AR27 i RB5) w roztworach wodnych

• Autorzy: Barbusiński K. , Kliś S. , Thomas M. , Kudlek E.

Warianty tytułu

EN

Application of Fenton reagent modified with nano zero-valent iron to removal of azo dyes (AR27 and RB5) from aqueous solutions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano skuteczność rozkładu dwóch barwników azowych (Acid Red 27 – AR27 oraz Reactive Black 5 – RB5) w roztworach wodnych o stężeniu 100 mg/dm3 poddanych działaniu odczynnika Fentona modyfikowanego nanożelazem (H2O2/nFeo). W przypadku każdego barwnika określono najkorzystniejsze wartości parametrów procesu, przy których uzyskano widoczne odbarwienie roztworu (barwnik AR27: pH=3, dawka H2O2 40 mg/dm3, dawka nFeo 60 mg/dm3, czas reakcji 15 min, barwnik RB5: pH=3, dawka H2O2 50 mg/dm3, dawka nFeo 20 mg/dm3, czas reakcji 15 min). W tych warunkach zmniejszenie wartości ChZT roztworów barwników AR27 i RB5 wynosiło odpowiednio 82,6% i 86,5, a zmniejszenie ich toksyczności (mierzonej testem Microtox) – odpowiednio 100% i 92,7%. W celach porównawczych do rozkładu barwników zastosowano także klasyczny odczynnik Fentona (H2O2/Fe2+). Widoczne odbarwienie wodnego roztworu barwnika AR27 uzyskano w tym przypadku przy pH=3,5, dawce H2O2 60 mg/dm3, stosunku [Fe2+]/[H2O2]=0,3 w czasie 15 min, a barwnika RB5 pH=3,5, dawce H2O2 40 mg/dm3, stosunku [Fe2+]/[H2O2]=0,75 w czasie 15 min. Zmniejszenie wartości ChZT roztworów AR27 i RB5 wynosiło odpowiednio 71,5% i 71,8%, a zmniejszenie ich toksyczności – 100% i 84,4%. Obie zastosowane metody utleniania, poza odbarwieniem roztworów wodnych, pozwoliły na zmniejszenie wartości ChZT roztworów barwników do 21÷49 mgO2/dm3. Zgodnie z klasyfikacją toksyczności próbek wodnych, wszystkie badane roztwory barwników z klasy próbek wysokotoksycznych (toksyczność >75%), po poddaniu ich działaniu odczynnika Fentona można uznać za nietoksyczne (toksyczność <25%).

EN

Effectiveness of two azo dyes decomposition (Acid Red 27 – AR27 and Reactive Black 5 – RB5) with the Fenton reagent modified with nanoiron (H2O2/nFeo) was studied in aqueous solutions at a concentration of 100 mg/L. For each dye, the most favorable process parameters were determined to obtain visual discoloration of tested solutions (AR27: pH = 3, H2O2 = 40 mg/L, nFeo = 60 mg/L, t = 15 min; RB5: pH = 3, H2O2 = 50 mg/L, nFeo = 20 mg/L, t = 15 min). Under these conditions, the decrease in COD values for AR27 and RB5 was 82.6% and 86.5, respectively and in toxicity (Microtox test) – 100% and 92.7%, respectively. For comparative purposes, classic Fenton reagent (H2O2/Fe2+) was also used for the dye decomposition. For AR27, the visual discoloration of the aqueous solution was obtained within 15 min at pH = 3.5, H2O2 = 60 mg/L, [Fe2+]/[H2O2]=0.3 and for RB5 – within 15 min at pH = 3.5, H2O2 = 40 mg/L, [Fe2+]/[H2O2]=0.75. The decrease in COD values for AR27 and RB5 was 71.5% and 71.8%, respectively and in toxicity – 100% and 84.4%, respectively. Both oxidation methods applied, beside visual discoloration of the aqueous solutions, allowed for the COD reduction to the level of 21–49 mgO2/L. According to the toxicity classification for water samples, all the highly toxic samples of dye solutions tested (toxicity >75%) could be considered non-toxic (toxicity <25%) after the Fenton reagent application.

Słowa kluczowe

PL

barwniki; oczyszczanie ścieków; utlenianie; rozkład; odczynnik Fentona; modyfikacja reakcji Fentona; nanożelazo

EN

dyes; Acid Red 27; Reactive Black 5; wastewater treatment; oxidation; degradation; Fenton's reagent; modified Fenton reaction; nano zero-valent iron

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 40, nr 3
• Strony: 35--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Barbusiński K.

• Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, ul. Stanisława Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

autor

Kliś S.

• Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, Śląskie Środowiskowe Studium Doktoranckie, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

autor

Thomas M.

• F.P.H.U. Chemiqua, ul. Skawińska 25/1, 31-066 Kraków

autor

Kudlek E.

• Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, ul. Stanisława Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• 1. P. KUMAR, B. PRASAD, M. MISCHRA, S. CHANG: Decolorization and COD reduction of dyeing wastewater from a cotton textile mill using thermolysis and coagulation. Journal of Hazardous Materials 2008, Vol. 153, pp. 635–645.
• 2. R. LI, C. YANG, H. CHEN, G. ZENG, G. YU, J. GUOL: Removal of triazophospesticide from wastewater with Fenton reagent. Journal of Hazardous Materials 2009, Vol. 167, pp. 1028–1032.
• 3. N. S. S. MARTINEZ, J. F. FERNANDEZ, X. F. SEGURA, A. S. FERRER: Pre-oxidation of an extremely polluted industrial wastewater by the Fenton’s reagent. Journal of Hazardous Materials 2003, pp. 315–322.
• 4. E. WĘGLARZ-TOMCZAK, Ł. GÓRECKI: Barwniki azowe – aktywność biologiczna i strategie syntezy. Chemik 2012, t. 66, nr 12, ss. 1298–1302.
• 5. K. BARBUSIŃSKI, B. PIECZYKOLAN.: Wstępne badania degradacji barwnika Acid Green 16 w systemie H2O2/wiórki stalowe. Inżynieria i Ochrona Środowiska 2009, t. 12, nr 1, ss. 35–49.
• 6. F. FU, Q. WANG, B. TANG: Effective degradation of C.I. Acid Red 73 by advanced Fenton process. Journal of Hazardous Materials 2010, Vol. 174, pp. 17–22.
• 7. S. H. CHANG, S. H. CHUANG, H. C. LI, H. H. LIANG, L. C. HUANG: Comparative study on degradation of I. C. Remazol Brilliant Blue R and I. C. Acid Black 1 by Fenton oxidation and Fe0/air process and toxicity evaluation. Journal of Hazardous Materials 2009, Vol. 166, No. 2–3, pp. 1279–1288.
• 8. G. LI, N. WANG, B. LIU, X. ZHANG: Decolorization of azo dye Orange II by ferrate(VI) hypochlorite liquid mixture, potassium ferrate(VI) and potassium permanganate. Desalination 2009, Vol. 249, pp. 936–941.
• 9. T. SUPONIK, M. LEMANOWICZ, P. WRONA: Stability of green tea nanoscale zero-valent iron. E3S Web of Conferences 2016, Vol. 8, 01048.
• 10. M. R. TAHA, A. H. IBRAHIM: COD removal of anaerobically treated palm oil mill effluent (AT-POME) via aerated heterogeneous Fenton process: Optimization study. Journal of Water Process Engineering 2014, Vol. 1, pp. 8–16.
• 11. B. H. MOON, Y. B. PARK, K. H. PARK: Fenton oxidation of Orange II by pre reduction using nanoscale zero-valent iron. Desalination 2011, Vol. 268, pp. 249–252.
• 12. Y. BO, T. ZHIANG, Z. LI, G. YAOPENG, Y. SHIQIANG: Enhanced heterogeneous Fenton degradation of Methylene Blue by nanoscale zero valent iron (nZVI) assembled on magnetic Fe3O4/reduced graphene oxide. Journal of Water Process Engineering 2015, Vol. 5, pp. 101–111.
• 13. H. YANG, G. JING-FENG, F. FANG-QING, L. CHENG, P. YONG-ZHEN, W. SHU-YING: The comparative study on the rapid decolorization of azo, anthraquinone and triphenylmethane dyes by zero-valent iron. Chemical Engineering Journal 2012, Vol. 179, pp. 8–18.
• 14. PN-EN ISO 10523:2012: Jakość wody – Oznaczanie pH.
• 15. PN-ISO 15705:2005: Jakość wody – Oznaczanie indeksu chemicznego zapotrzebowania tlenu (SP-ChZT) – Metoda zminiaturyzowana z zastosowaniem szczelnych probówek.
• 16. I. PŁONKA, B. PIECZYKOLAN, K. BARBUSIŃSKI, J. KALKA, M. THOMAS, P. J. PISKORZ: Investigation of the efficiency of the UV/H2O2 process on the removal of dye Acid Green 16 from aqueous solutions: Process optimization and toxicity assessment. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2017, Vol. 25, No. 6 (126), pp. 103–107.
• 17. BN-89/6191-04: Odczynniki. Nadtlenek wodoru około 30% (m/m) roztwór.
• 18. PN-EN ISO 11348-3:2008: Jakość wody – Oznaczanie inhibicyjnego działania próbek wody na emisję światła przez Vibrio fischeri (badanie na bakteriach luminescencyjnych) – Część 3: Metoda z zastosowaniem liofilizowanych bakterii.
• 19. J. BOHDZIEWICZ, M. DUDZIAK, G. KAMIŃSKA, E. KUDLEK: Chromatographic determination and toxicological potential evaluation of selected micropollutants in aquatic environment – analytical problems. Desalination and Water Treatment 2016, Vol. 57, No. 3, pp. 1361–1369.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).