Szulfametoxazol bontása ionizáló

sugárzás hatására

Sági GyuriKörnyezettudomány MSc

Témavezetők:

Dr. Takács Erzsébet és Dr. Csay Tamás

Belső konzulens:

Dr. Homonnay Zoltán

2013. január 15.

Tartalom

Bevezetés

A víz radiolízise

CélkitűzésCélkitűzés

Vizsgálati módszerek

Eredmények

Összefoglalás

Köszönetnyilvánítás

Bevezetés

vegyi anyagok növekvő felhasználása+

hagyományos vízkezelés hiányosságai

új módszerek: új módszerek:

Nagyhatékonyságú Oxidációs Eljárások (AOP)

pl.: Fenton-reakciók, UV-fotolízis, ionizáló sugárzás

Bevezetés

Az ionizáló sugárzásos modul a hagyományos víztisztítási módszerekkel kombinálva hatékonyan

és környezetbarát módon alkalmazható:

• biológiailag ellenálló, szerves szennyeződések lebontására (peszticidek, gyógyszermolekulák, herbicidek, fungicidek, háztartási vegyszerek, detergensek)

• patogének és paraziták elpusztítására, vagy inaktiválására a biológiai tisztítást követő szennyvízkezelési fázisban

• lebegő anyagok ülepedésének gyorsítására

Bevezetés

Szerves vegyületek lebontása reaktív köztitermékekkel:

•OH, eaq- és HO2

•/O2–•

A lebontás során akár a teljes mineralizáció is elérhető, A lebontás során akár a teljes mineralizáció is elérhető,

de legtöbbször elég csak kis mértékben megbontani

a kémiai szerkezetet

A reaktív gyökök előállítása a víz radiolízisével történt

A víz radiolízise

Célkitűzés

Szulfametoxazol (SMX) bontása

� folyamatok vizsgálata� folyamatok vizsgálata

� termékek vizsgálata

� eljárás fejlesztéseszulfametoxazol

pKa1 = 1,7 és pKa2 = 5,6

Besugárzás körülményei

SMX vizes oldata –> modell szennyvíz

[0,1 mM – 1,0 mM]

minta

keletkező reaktív részecskék:

•OH, eaq- és HO2

•/O2–•

(egyedi reakciók szétválasztása)60Co-sugárforrás6 kGy/h dózisteljesítmény

Vizsgálati módszerek

• UV-látható spektroszkópia

• LCMS

• KOI, TOC, toxicitás (Vibrio Fischeri)• KOI, TOC, toxicitás (Vibrio Fischeri)

A •OH reakciói

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

pH = 4N2O atmoszféra

N2O + eaq– → N2 + O:

O: + H2O → OH– + •OH

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 5, 85

200 250 300 350

hullámhossz [nm]

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5 0,0 kGy

0,1 kGy

0,2 kGy

0,3 kGy

0,4 kGy

0,5 kGy

0,7 kGy

1,0 kGy

1,5 kGy

2,5 kGy

5,0 kGy

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 8

[SMX] = 0,1 mM

A •OH és HO2•/O2

–• pár reakciói

•H + O2 → HO2•

eaq– + O2 → O2

–•

2,5 2,5 0,0 kGy

(HO2•/O2

–• pKa = 4,8)

levegő atmoszféra

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 4

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5 0,0 kGy

0,1 kGy

0,2 kGy

0,3 kGy

0,4 kGy

0,5 kGY

0,7 kGy

1,0 kGY

1,5 kGy

2,5 kGy

5,0 kGy

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 5,85

[SMX] = 0,1 mM

A •OH és a eaq– reakciói

N2 atmoszféra

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

pH = 4

200 250 300 350

hullámhossz [nm]

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 5,85

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

abszorb

ancia

hullámhossz [nm]

0,0 kGy

0,1 kGy

0,2 kGy

0,3 kGy

0,4 kGy

0,5 kGy

0,7 kGy

1,0 kGy

1,5 kGy

2,5 kGy

5,0 kGy

pH = 8

[SMX] = 0,1 mM

A eaq– reakciói

N2 atmoszféra + 5% tBuOH

•OH + (CH3)3COH → H2O + •CH2C(CH3)2OH

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

pH = 4

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 5,85

200 250 300 3500,0

hullámhossz [nm]

200 250 300 3500,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5 0,0 kGy

0,1 kGy

0,2 kGy

0,3 kGy

0,4 kGy

0,5 kGy

0,7 kGy

1,0 kGy

1,5 kGy

2,5 kGy

5,0 kGy

absz

orb

anci

a

hullámhossz [nm]

pH = 8

[SMX] = 0,1 mM

LCMS eredmények

0 2 4 6 8 100

500000

1000000

1500000

2000000

99

254

270

286

m/z

˙OH és HO2˙/ O2-˙

0,1 mM

pH = 5,85

1,0 kGy

0 2 4 6 8 100

1000000

2000000

3000000

4000000

inte

nzi

tás

99

254

270

272

m/z

˙OH0,1 mM

pH = 5,85

0,5 kGy

0 2 4 6 8 10

0 2 4 6 8 100

1600000

3200000

4800000

6400000

inte

nzi

tás

retenciós idő [min]

99

254

270

286

m/z

˙OH és eaq-

0,1 mM

pH = 5,85

0,5 kGy

0 2 4 6 8 10

LCMS eredmények

1620000

2430000

3240000

inte

nzi

tás

99

153

231

250

254

258

259

m/z eaq

-

0,1 mM

pH = 5,85

1,5 kGy

H2N

N

0 2 4 6 8 100

810000

inte

nzi

tás

retenciós idő [min]

259

267 OCH3

[M+H]+ = 99

Hidroxilált termékek eltűnnek!

Kémiai oxigénigény és teljes szerves széntartalom változása

(KOI és TOC)

300

400

C é

s O

2 m

g/d

m3]

[SMX] = 1,0 mM

levegő

pH = 5,85

0 20 40 60 80 1000

100

200

TO

C é

s K

OI

[C é

s

dózis [kGy]

pH = 5,85

KOI

TOC

Toxicitás (Vibrio Fischeri)

40

50

60

gát

lás

[%]

[SMX] = 0,1 mM

0 2 4 6 8 100

10

20

30

gát

lás

[%]

dózis [kGy]

[SMX] = 0,1 mM

levegő

pH = 5,85

Összefoglalás

– 0,7 kGy-től minden elnyelési sáv csökken a spektrumokon

– 5,0 kGy-nél az aromás jelleg eltűnik

– •OH a fő reakciópartner

– KOI és TOC csökken (mineralizáció elérhető)

– toxicitás kezdetben nő (!), majd csökken

SMX γ-sugárzással hatékonyan bontható, de

bomlástermékek további vizsgálata szükséges (környezeti hatások)

Köszönetnyilvánítás

Köszönettel tartozom

Dr. Takács Erzsébetnek, Dr. Csay Tamásnak és

Dr. Homonnay Zoltánnak,Dr. Homonnay Zoltánnak,

valamint

Rácz Gergőnek, az MTA EK IKI SKL munkatársainak,

Papp Zoltánnak (Izotópintézet Kft.)

Köszönöm a figyelmet!