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
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.)