Rola dwutlenku manganu (MnO2) w powstawaniu N-nitrozodimetyloaminy (NDMA) w reakcji dimetyloaminy (DMA) z wybranymi utleniaczami w roztworach wodnych

• Autorzy: Andrzejewski P. , Nawrocki Ł. , Nawrocki J.

Warianty tytułu

EN

The role of manganese dioxide (MnO2) in the process of N-nitrosodimethylamine (NDMA) formation during reaction of dimethylamine (DMA) with some oxidants in water solutions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

N-nitrozodimetyloamina (NDMA), z uwagi na właściwości kancerogenne i mutagenne jest jednym z najbardziej niebezpiecznych ubocznych produktów utleniania domieszek wody. Za tworzenie się NDMA podczas oczyszczania wody wydaje się być odpowiedzialne głównie chloraminowanie wody, jednakże mechanizm powstawania tego związku nie został w pełni wyjaśniony. W pracy podjęto próbę wyjaśnienia mechanizmu powstawania NDMA w reakcji dimetyloaminy (DMA) z nadmanganianem potasu lub ozonem. Wykazano, że w przypadku zastosowania tych utleniaczy reakcja nitrozowania DMA jest katalizowana dwutlenkiem manganu tworzącym się jako produkt redukcji KMnO4 lub obecnością dodanego MnO2 w środowisku działania ozonu. Stwierdzono, że dwutlenek manganu w postaci zawiesin, powstający jako produkt reakcji DMA z nadmanganianem potasu, był niezbędny do tworzenia się NDMA w tej reakcji. NDMA tworzył się również w wyniku reakcji DMA z azotynami i azotanami w obecności MnO2, nawet przy pH=8,25, bardzo odległym od optymalnego pH reakcji bezpośredniego nitrozowania DMA (3,0÷3,5). Obecność dwutlenku manganu w postaci zawiesin podczas ozonowania wody zawierającej DMA wyraźnie zwiększyła jej konwersję do NDMA. Efekt ten wystąpił również w przypadku obecności azotynów w mieszanie reakcyjnej. Otrzymane wyniki wskazują na potencjalny wpływ zarówno MnO2 w postaci zawiesin, jak i MnO2 w katalitycznych złożach filtracyjnych na powstawanie NDMA w wodzie.

EN

Owing to its carcinogenic and mutagenic properties, N-nitrosodimethylamine (NDMA) has been classified into the group of the most hazardous and undesired by-products that form during oxidation of water pollutants. Although chloramination seems to be the principal contributor to the formation of NDMA in the water being treated, the underlying mechanism is still far from being well understood. In this paper an explanation is proposed for the mechanism governing the formation of NDMA in the reaction of DMA with potassium permanganate or ozone. It has been demonstrated that when use is made of these oxidants, the reaction of DMA nitrosation is catalyzed either by the manganese dioxide that forms as the product of KMnO4 reduction, or by the MnO2 added to the water being ozonized. The manganese dioxide suspension, a product of the reaction of DMA with potassium permanganate, was found to be indispensable for the formation of NDMA in this reaction. It has been observed that NDMA also formed during the reaction of DMA with nitrites and nitrates in the presence of MnO2 even at the pH of 8.25, which is noticeably higher than the optimal value of 3.0-3.5 for the direct nitrosation of DMA. The presence of the MnO2 suspension during ozonation of DMA-containing water evidently increased the conversion of DMA to NDMA. The same was found to occur when nitrites were present in the reaction mixture. The results obtained substantiate the potential influence of MnO2 (regardless of whether added in the form of suspension, or when present in the catalytic filter beds) on the formation of NDMA in the water.

Słowa kluczowe

PL

N-nitrozodimetyloamina; dimethylamine; ozon; nadmanganian potasu; dwutlenek manganu; utlenianie; oczyszczanie wody; water treatment

EN

N-nitrosodimethylamine; dimethylamine; ozone; potassium permanganate; manganese dioxide; oxidation

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2009
• Tom: vol. 31, nr 4
• Strony: 25--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Andrzejewski P.

autor

Nawrocki Ł.

autor

Nawrocki J.

• Uniwersytet im. A. Mickiewicza, Wydział Chemii, Zakład Technologii Uzdatniania Wody, ul. M. Drzymały 24, 60-613 Poznań,

Bibliografia

• 1. W.A. MITCH, D.L. SEDLAK: Formation of N-nitrosodimethylamine (NDMA) from dimethylamine during chlorination. Env. Sci. Techn. 2002, Vol. 36, pp. 588–595.
• 2. J. CHOI, R.L. VALENTINE: Formation of N-nitrosodimethylamine (NDMA) from reaction of monochloroamine: A new disinfection by-product. Water Research 2002, Vol. 36, pp. 817–824.
• 3. M. SCHREIBER, W.A. MITCH: Nitrosamine formation pathway revisited: The importance of chloramine speciation and dissolved oxygen. Environmental Science and Technology 2006, Vol. 40, pp. 6007–6014.
• 4. W.A. MITCH, A. GERECKE, D.L. SEDLAK: N-nitrosodimethylamine (NDMA) precursor analysis for chlorination of water and wastewater. Wat. Res. 2003, Vol. 37, pp. 3733–3741.
• 5. A.C. GERECKE, D.L. SEDLAK: Precursors of N-nitrosodimethylamine in natural waters. Environmental Science and Technology 2003, Vol. 37, pp. 1331–1336.
• 6. www.epa.gov/iris/subst/index.html.
• 7. S.D. RICHARDSON: Disinfection by-products and other emerging contaminants in drinking water. Trends in Analytical Chemistry 2003, Vol. 22, pp. 666–684.
• 8. P. ANDRZEJEWSKI, B. KASPRZYK-HORDERN, J. NA-WROCKI: The hazard of N-nitrosodimethylamine (NDMA) formation during water disinfection with strong oxidants. Desalination 2005, Vol. 176, pp. 37–45
• 9. P. ANDRZEJEWSKI, N. KULIK: The hazard of N-nitrosamines formation during short chain secondary amines (DMA, MEA and DEA) reactions with catalyzed and non-catalyzed hydrogen peroxide. Proc. "10th International Conference on Environmental Science and Technology – CEST 2007", Greece, Kos Island 2007, A45.
• 10. P. ANDRZEJEWSKI, J. NAWROCKI: N-nitrosodimethylamine formation during treatment with strong oxidants of dimethylamine containing water. Water Science and Technol. 2007, Vol. 56, pp. 125–131.
• 11. P. ANDRZEJEWSKI, B. KASPRZYK-HORDERN, H. JELEŃ, J. NAWROCKI: N-nitrozodimetyloamina (NDMA) jako produkt ozonowania wodnych roztworów dimetyloaminy (DMA). Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 4, ss. 11–17.
• 12. P. ANDRZEJEWSKI, B. KASPRZYK-HORDERN, J. NA-WROCKI: N-nitrosodimethylamine (NDMA) formation during ozonation of dimethylamine-containing waters. Water Research 2008, Vol. 42, pp. 863–870.
• 13. P. ANDRZEJEWSKI, J. NAWROCKI: N-nitrosodimethylamine (NDMA) as a product of potassium permanganate reaction with aqueous solutions of dimethylamine (DMA). Water Research 2009.
• 14. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. APHA, AWWA, WEF, 21th Edition, 2005.
• 15. M.A. ZOLFIGOL, A.G. CHOGHAMARANI, F. SHIRINI, H. KEYPOUR, S. SALEHZADEH: Chemoselective N-nitrosation of secondary amines under mild and heterogeneous conditions. Synthetic Communication 2001, Vol. 31, pp. 359–365.
• 16. M.A. ZOLFIGOL, M. BAGHERZADEH, A.G. CHOGHAMA-RANI, H. KEYPOUR, S. SALEHZADEH: N-nitrosation of secondary amines under mild and heterogeneous conditions. Synthetic Communication 2001a, Vol. 31, pp. 1161–1166.