Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. 137 · № 1-4 · 2024 гру 31, 2024 статті

ПРО МОЖЛИВОСТІ ЗАЛУЧЕННЯ ФОТОКАТАЛІТИЧНИХ МЕТОДІВ ДО ПІСЛЯВОЄННОЇ РЕМЕДІАЦІЇ ТЕРИТОРІЙ УКРАЇНИ

ГС
Георгій Сокольський Відповідальний Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Chemical Technology Faculty, Department of Physical Chemistry, Ukraine Україна
Опублікованогру 31, 2024
PDF
НВКПІ 1-4 ТОМ 137 · 1-4
ТОМ 137 · № 1-4 · 2024 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Фотокаталітичні (ФК) методи мають перспективи застосування в очищенні та знезараженні довкілля від органічних сполук, які забруднюють територію України внаслідок воєнних дій – вибухових речовин, бойових отруйних речовин хімічної зброї, паливно-мастильних матеріалів, збудників хвороб у воді та у ґрунті; для деградації мікропластику тощо. Мета дослідження. Метою роботи було систематизувати наявні дані щодо можливості застосування ФК-методів для повоєнної ремедіації та відновлення територій України. Методика реалізації. Досліджено стан проблеми й використано власний доробок для оцінювання можливостей прогресивних методів окиснення, таких як ФК, у відновленні екосистем після воєнних дій. Результати дослідження. Показано здатність фотокаталізаторів на основі до повної мінералізації тринітротолуолу, нервово-паралітичних агентів та їх модельних сполук, поліароматичних вуглеводнів, мікропластику, знешкодження небезпечних мікроорганізмів. Виокремлено перспективність технології відмивання ґрунтів розчинами поверхнево активних речовин (ПАР) і комплексонів (хелатуючих агентів) із наступною послідовною ФК-мінералізацією органічних забруднювачів та адсорбційним видаленням важких металів. Описано інші дані, дотичні до проблематики відновлення територій після воєнних дій. Виділено інші варті уваги методи — процеси на основі реакції Фентона (звичайний, електрокаталітичний, фотокаталітичний та фотоелектрокаталітичний її варіанти або електро-, фото-, фотоелектро-Фентон). Висновки. Накопичено значний експериментальний матеріал використання фотокаталізу та інших передових процесів окиснення в лабораторних умовах, однак практичне застосування просувається досить повільно. Потребують вирішення проблеми економіки та енерговитрат на створення випромінення. Утім, ефективність у процесах знешкодження вибухових речовин та отруйних речовин хімічної зброї довели такі фотокаталізатори, як титан діоксид та композити на його основі. Серед умов успішного застосування є відносно низький ступінь забруднення (менше 2 г/л) стічних вод, тому застосування ФК-методів для ремедіації територій є доцільним на стадіях доочищення. Треба здійснити оптимізацію підкладки для фотокаталізаторів, що допоможе вирішити проблеми стабільності й масштабування технології.

Посилання

  1. . D. Rawtani, G. Gupta, N. Khatri, P. K. Rao and C. M. Hussain, “Environmental damages due to war in Ukraine: A perspective”, Sci. Total Environ., vol. 850, pp. 157932, 2022.
  2. . S. Lacombe, N. Keller, “Photocatalysis: fundamentals and applications in JEP 2011”, Environ. Sci. Pollut. Res., vol. 19, no. 9, pp. 3651–3654, 2011.
  3. . S. Kuppusamy, P. Thavamani, K. Venkateswarlu, Y.B. Lee, R. Naidu and M. Megharaj, “Remediation approaches for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) contaminated soils: Technological constraints, emerging trends and future directions”, Chemosphere, 168, pp. 944–968, 2017.
  4. . S. Malato, J. Blanco, A. Vidal, & C. Richter, “Photocatalysis with solar energy at a pilot-plant scale: an overview”, Applied Catalysis B: Environmental, vol. 37 (1), pp. 1–15, 2002. doi:10.1016/s0926-3373(01)00315-0.
  5. . Glossary of terms used in photochemistry, 3rd edition (IUPAC Recommendations 2006). Pure and Applied Chemistry, vol. 3, Pure and Applied Chemistry, 293 p., 2007.
  6. . A. Fujishima, K. Honda, “Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode”, Nature, vol. 238, pp. 37–38, 1972. https://doi.org/10.1038/238037a0 .
  7. . M.A. Irshad, R. Nawaz, Ur. Rehman, M. Adrees, M. Rizwan, S. Ali, S. Ahmad and S. Tasleem, “Synthesis, characterization and advanced sustainable applications of titanium dioxide nanoparticles: A review”, Ecotoxicology and environmental safety, vol. 212, 111978 p., 2021.
  8. . R. Sanjines, H. Tang, H. Berger, F. Gozzo, G. Margaritondo and F. Lévy, “Electronic structure of anatase ТiO_2 oxide”, Journal of Applied Physics, vol. 75 (6), pp. 2945–2951, 1994.
  9. . A. Velichenko, V. Kordan, O. Shmychkova, V. Knysh and P. Demchenko, “The effect of Ti/ТiO_2 treatment on morphology, phase composition and semiconductor properties”, Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, no. 4, pp. 18–23, 2022.
  10. . W.R. Siah, H.O. Lintang, M. Shamsuddin and L. Yuliati, “High photocatalytic activity of mixed anatase-rutile phases on commercial ТiO_2 nanoparticles” InIOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 107, no. 1, 012005 p., 2016.
  11. . G.G. Bessegato, T.T. Guaraldo, J.F. de Brito, M.F. Brugnera and M.V. Zanoni, “Achievements and trends in photoelectrocatalysis: from environmental to energy applications” Electrocatalysis, Sep, vol. 6, pp. 415–441, 2015.
  12. . А.І. Крюков, О.Л. Строюк, С.Я. Кучмий, В.Д. Походенко, “Нанофотокаталіз”, Ін-т фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, Монограф., К.: Академперіодика, 2013.
  13. . X. Chen, S.S. Mao, “Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifications, and applications”, Chem. Rev., vol. 107, pp. 2891–2959, 2007.
  14. . M. Zahornyi and G. Sokolsky, “Nanosized titania composites for reinforcement of photocatalysis and photoelectrocatalysis”, Monograph, Cambridge Scholars Publishing, 2022.
  15. . L. Ding, “The vital role of surface Brönsted acid/base sites for the photocatalytic formation of free OH· radicals”, Applied Catalysis B: Environmental, 266, pp.118634, 2020.
  16. . M. Zhong, M. Li, Z. Fan, W. Huang, H. Hao, Z. Xia, Q. Zhang, H. Peng, and Y. Zhang, “Tuning the crystallinity of MnO2 oxidant to achieve highly efficient pollutant degradation”, Chin. Chem. Lett., P. S1001841722000985, 2022.
  17. . N.D. Ivanova, S.V. Ivanov, E.I. Boldyrev, G.V. Sokol’skii and I.S. Makeeva, “High-Performance Manganese Oxide Catalysts for CO Oxidation”, Russ. J. Appl. Chem., vol. 75, no. 9, pp. 1420–1423, 2022.
  18. . G.V. Sokol’skii, S.V. Ivanov, N.D. Ivanova, E.I. Boldyrev, T.F. Lobunets and T.V. Tomila, “Doped manganese (IV) oxide in processes of destruction and removal of organic compounds from aqueous solutions”, Journal of Water Chemistry and Technology, vol. 34, pp. 227–233, 2012.
  19. . J. Bedia, V. Muelas-Ramos, M. Peñas-Garzón, A. Gómez-Avilés, J.J. Rodríguez, C.A. Belver, “Review on the Synthesis and Characterization of Metal Organic Frameworks for Photocatalytic Water Purification”, Catalysts, vol. 9 (1), 52 p., 2019. https://doi.org/10.3390/catal9010052 .
  20. . D. Fabbri, A.B. Prevot, V. Zelano, M. Ginepro and E. Pramauro, “Removal and degradation of aromatic compounds from a highly polluted site by coupling soil washing with photocatalysis”, Chemosphere, vol. 71, no. 1, pp. 59–65, 2008.
  21. . K.P. Gopinath, N.V. Madhav, A. Krishnan, R. Malolan and G. Rangarajan, “Present applications of titanium dioxide for the photocatalytic removal of pollutants from water: A review”, Journal of Environmental Management, vol. 270, 110906 p., 2020. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.110906 .
  22. . E.P. Ivanova, K. Bazaka, and R.J. Crawford, “2-Natural polymer biomaterials: advanced applications”, in New Functional Biomaterials for Medicine and Healthcare, Woodhead Publishing, pp. 32–70, 2014.
  23. . K. Ayoub, E. D. van Hullebusch, M. Cassir and A. Bermond, “Application of advanced oxidation processes for TNT removal: A review”, Journal of Hazardous Materials, vol. 178, no. 1–3, pp. 10–28, 2010. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2010.02.042 .
  24. . T.A. Lewis, D.A. Newcombe and R.L. Crawford, “Bioremediation of soils contaminated with explosives”, Journal of Environmental Management, vol. 70, no. 4, pp. 291–307, 2004.
  25. . J.M. Conder, T.W. La Point, A.T. Bowen, “Preliminary kinetics and metabolism of 2,4,6-trinitrotoluene and its reduced metabolites in an aquatic oligochaete”, Aquat. Toxicol., vol. 69, pp. 199–213, 2004.
  26. . R. Alnaizy, A. Akkgerman, “Oxidative treatment of high explosives contaminated wastewater”, Water Res. Vol. 33, pp. 2021–2030, 1999.
  27. . R. Dillert, I. Fornefett, U. Siebers and D. Bahnemann, “Photocatalytic degradation of trinitrotoluene and trinitrobenzene: influence of hydrogen peroxide”, J. Photochem. Photobiol. A, vol. 94, pp. 231–236, 1996.
  28. . D.C. Schmelling, K.A. Gray, “Photocatalytic transformation and mineralization of 2,4,6 trinitrotoluene in ТiO_2 Slurries”, Water Res., vol. 29, pp. 2651–2662, 1995.
  29. . H. Son, S. Lee, I. Cho, K. Zoh, “Kinetics and mechanism of TNT degradation in ТiO_2 photocatalysis”, Chemosphere, vol. 57, pp. 309–317, 2004.
  30. . H.J. Harmon, “Photocatalytic demethylation of 2,4,6-trinitrotoluene by porphyrins”, Chemosphere, vol. 63, pp. 1094–1097, 2006.
  31. . M.L. Hitchman, R.A. Spackman, F.J. Yusta and B. Morel “A feasibility study of the destruction of chemical weapons by photocatalytic oxidation”, Science & Global Security, vol. 6, no. 2, pp. 205–237, 1997. doi: 10.1080/08929889708426438.
  32. . K. Kim, D.A. Atwood and D.G. Churchill, “Destruction and Detection of Chemical Warfare Agents”, Chem. Rev., vol. 111, no. 9, pp. 5345–5403, 2011. https://doi.org/10.1021/cr100193y .
  33. . E. Oheix, E. Gravel and E. Doris, “Catalytic Processes for the Neutralization of Sulfur Mustard”, Chem. Eur. J., vol. 27, 54 p., 2021.
  34. . M. Cheng, G. Zeng, D. Huang, C. Lai, P. Xu, C. Zhang, and Y. Liu, “Hydroxyl radicals based advanced oxidation processes (AOPs) for remediation of soils contaminated with organic compounds: A review”, Chem. Eng. J., vol. 284, pp. 582–598, 2016.
  35. . M.C. Nevárez-Martínez, M.P. Kobylański, P. Mazierski, J. Wółkiewicz, G. Trykowski, A. Malankowska, M. Kozak, P.J. Espinoza-Montero and A. Zaleska-Medynska, “Self-organized ТiO_2–MnO2 nanotube arrays for efficient photocatalytic degradation of toluene”, Molecules, vol. 22, no. 4, 564 p., 2017.
  36. L. Wu, X.L. Kong, G. Yueting, S. Yaxin, Z. Chonglin, C. Wenming, Z. Yanjun and L. Congju, “Mesoporous Mn-based multi-component metal oxide for fast chemical warfare agent degradation”, AIP Advances, vol. 12, no. 3, 2022. 12. 035038. 10.1063/5.0083018.
  37. . G. Dermont, M. Bergeron, G. Mercier and M. Richer-Laflèche, “Soil washing for metal removal: a review of physical/chemical technologies and field applications”, J. Hazard. Mater., vol. 52, no. 1, pp. 1–31, 2008. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.10.043.
  38. . S. Satyro, M. Race, F. Di Natale, A. Erto, M. Guida and R. Marotta, “Simultaneous removal of heavy metals from field-polluted soils and treatment of soil washing effluents through combined adsorption and artificial sunlight-driven photocatalytic processes”, Chemical Engineering Journal, vol. 283, pp. 1484–1493, 2019. https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.08.039 .
  39. . C. Trellu, Y. Pechaud, N. Oturan, E. Mousset, E.D. van Hullebusch, D. Huguenot et al, “Remediation of soils contaminated by hydrophobic organic compounds: How to recover extracting agents from soil washing solutions?”, J. Hazard. Mater., vol. 404, Part A, 124137 p., 2021. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124137 .
  40. . Y. Zhang, X. He, G. Zeng, T. Chen, Z. Zhou, H. Wang and W. Lu, “Enhanced photodegradation of pentachlorophenol by single and mixed nonionic and anionic surfactants using graphene-TiO2 as catalyst”, Environ. Sci. Pollut. Res. Int., vol. 22, no. 22, pp. 18211–18220, 2015. doi: 10.1007/s11356-015-4785-z.
  41. . M. Ghanadi, L.P. Padhye, “Revealing the long-term impact of photodegradation and fragmentation on HDPE in the marine environment: Origins of microplastics and dissolved organics” J. Hazard. Mater., vol. 465, 133509 p., 2024.
  42. . Z. Lin, T. Jin, T. Zou, L. Xu, B. Xi, D. Xu et al, “Current progress on plastic/microplastic degradation: Fact influences and mechanism”, Environm. Pollution, vol. 304, 119159 p., 2022.
  43. . G. Liu, S. Liao, D. Zhu, J. Cui and W. Zhou, “Solid-phase photocatalytic degradation of polyethylene film with manganese oxide OMS-2”, Solid st. Sci., vol. 13, no. 1, pp. 88–94, 2011.
  44. . S.S. Ali, I.A. Qazi, M. Arshad, Z. Khan, T.C. Voice and C.T. Mehmood, “Photocatalytic degradation of low density polyethylene (LDPE) films using titania nanotubes”, Environmental nanotechnology, monitoring & management, vol. 5, pp. 44–53, 2016.
  45. . I. Kovinchuk, N. Haiuk, G. Lazzara, G. Cavallaro, and G. Sokolsky, “Enhanced photocatalytic degradation of PE film by anatase/γ-MnO2”, Polym. Degrad. Stab., vol. 210, 110295 p., 2023.
  46. . T. Matsunaga, R. Tomoda, T. Nakajima and H. Wake, “Photoelectrochemical Sterilization of Microbial-Cells by Semiconductor Powders” FEMS Microbiology Letters, vol. 29, pp. 211–214, 1985. http://dx.doi.org/10.1111/j.1574-6968.1985.tb00864.x
  47. . M. Long, J. Wang, H. Zhuang, Y. Zhang, H. Wu and J. Zhang, “Performance and mechanism of standard nano- ТiO_2 (P-25) in photocatalytic disinfection of foodborne microorganisms–Salmonella typhimurium and Listeria monocytogenes”, Food Control, vol. 39, pp. 68–74, 2014.
  48. . X. Lei, H. Cheng, L. Nie, Y. Xian, and X. Lu, “Plasma-catalytic NO x production in a three-level coupled rotating electrodes air plasma combined with nano-sized ТiO_2”, J of Phys. D: Applied Physics, vol. 55, no. 11, 115201 p., 2021.
  49. . V. Rodríguez-González, C. Terashima and A. Fujishima, “Applications of photocatalytic titanium dioxide-based nanomaterials in sustainable agriculture”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, vol. 40, pp. 49–67, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2019.06.001 .
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ ЗУМ-АФОКАЛЬНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ НЕРУХОМИХ ВАРІОЛІНЗ

Ігор Г. Чиж

Проблематика Зум-оптичні системи, в яких використовуються механічно нерухомі електрично керовані варіолінзи, не можуть вважатися такими, що мають нерухомі оптичні…

#зум-афокальні системи #головні точки варіолінз #синтез зум-афокальних систем #стабільна афокальність зум-системи
10.20535/kpisn.2026.3.351645

МОДИФІКАЦІЯ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОГО МЕТОДУ SPINN ДЛЯ НАБЛИЖЕНОГО РОЗВ'ЯЗАННЯ МІШАНОЇ ЗАДАЧІ ДЛЯ РІВНЯННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ В ЕЛІПТИЧНІЙ ОБЛАСТІ

Валерій Лось, Олександр Ряхін

Проблематика. Параболічні диференціальні рівняння є математичними моделями інженерії, призначеними для дослідження широкого кола прикладних задач. Це приводить до…

#рівняння теплопровідності #мішана параболічна задача #еліптична область #фізико-інформативна нейронна мережа
10.20535/kpisn.2026.3.367316

ДВОЕТАПНИЙ ПІДХІД ДО СЕГМЕНТАЦІЇ СУПУТНИКОВИХ ЗНІМКІВ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ ПЛОЩІ АСФАЛЬТОВАНОГО ПОКРИТТЯ ПАРКОВОК

Олександр Гончарук, Надія Недашківська

Проблематика. Точна оцінка площі асфальтованих парковок є важливою для містобудування та екологічного моніторингу. Однак спектральна подібність асфальту паркувальних…

#семантична сегментація #супутникові знімки #паркінг #нейронна мережа
10.20535/kpisn.2026.3.367540