Αποχρωματισμός συνθετικής μελανοϊδίνης με ηλεκτροχημική οξείδωση

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2016 (EN)
Αποχρωματισμός συνθετικής μελανοϊδίνης με ηλεκτροχημική οξείδωση

Μπουγαλή, Αικατερίνη Αλέξιου

Melanoidins are natural dark brown polymers and produced by non-enzymatic browning reactions known as Maillard reactions. They are found in a series of different foods (Honey, coffee, bread, bear, etc.), and also can be produced during heat treatment in various food industries, which use molasses as feedstock, such as ethanol distilleries and baker’s yeast plants. As a result, melanoidins pass through these processes and end up in the wastewater of these industries. These wastewaters are found in the literature by the term of molasses wastewater. Molasses wastewater have a serious environmental impact when discharged in water bodies or the ground. The high color content, high COD and BOD values, total nitrogen and total phosphorus concentrations of the wastewater can lead to reduction of sunlight penetration in rivers, lakes or lagoons, which in turn decreases both photosynthetic activity and dissolved oxygen concentrations causing harm to aquatic life. Also, when the waste is released to the ground can cause reduction of soil alkalinity and availability of manganese, thereby inhibiting the germination of seeds. With conventional anaerobic-aerobic treatment processes, only 6% -7% of melanoidin degradation is achieved, therefore the study of alternative treatment methods is necessary. The techniques that have been used with differing degrees of success include: adsorption, flocculation, UV / H2O2 and ozone oxidation, membrane filtration and evaporation. The most common method is the adsorption on charcoal. Flocculation with iron and aluminum ions seems to have satisfactory results. The use of ozone decreases the color content up to 76% and the combination of ozone with hydrogen peroxide can induce greater color removal reaching up to 91%. The disadvantages of these methods are the higher reagent dosages requirements, the production of large amounts of sludge and high operational costs. The aim of this study was to investigate the removal of melanoidins from synthetic molasses wastewater using the technique of electrochemical oxidation. The synthetic wastewater was prepared from glucose and glycine and heated for 7 hours at 95 ° C. The electrode used as the anode was a polycrystalline silicon substrate (BDD / Si) reinforced with boron diamond (Boron Doped Diamond) and stainless steel grid as the cathode electrode. In the electrochemical oxidation experiments the following parameters were studied: i) the effect of the current density applied to the sample, ii) the effect of the electrolyte concentration, iii) the effect of the type of electrolyte, and iv) the effect of pH. Furthermore, the influence of electro-oxidation in the change of the COD and TOC of the samples was also evaluated. The color content of the aqueous solutions was measured in ADMI units and the electrolyte salts used were NaCl and KH2PO4. The removal of melanoidins from synthetic wastewater by electrochemical oxidation is possible and exceeds 90% regardless the salt used as the electrolyte (NaCl, KH2PO4). BOD and COD removal are greater than 50% after 300 minutes of electrochemical oxidation. Finally electrochemical oxidation seems to be a pH independent process.
Οι μελανοϊδίνες είναι φυσικά πολυμερή σκούρου καστανού χρώματος και παράγονται από μη ενζυμικές αντιδράσεις αμαύρωσης γνωστές ως αντιδράσεις Maillard. Υπάρχουν σε μία σειρά από τρόφιμα ή δημιουργούνται κατά την θερμική κατεργασία σε βιομηχανίες τροφίμων και ποτών. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας καταλήγουν στα απόβλητα των βιομηχανιών αυτών. Τα απόβλητα αυτά ονομάζονται απόβλητα μελάσσας και παράγονται από βιομηχανίες ζύμωσης όπως τα αποστακτήρια αιθανόλης και οι μονάδες παραγωγής ζύμης αρτοποιΐας που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη την μελάσσα. Λόγω του υψηλού BOD και COD τα απόβλητα αποτελούν περιβαλλοντικό κίνδυνο. Το υψηλό COD, το ολικό άζωτο και η συνολική περιεκτικότητα φωσφορικών της εκροής μπορεί να οδηγήσει σε ευτροφισμό των υδάτινων αποδεκτών, εξάντληση του διαλυμένου οξυγόνου και μείωση της φωτοσυνθετικής ικανότητας της υδρόβιας ζωής. Επίσης όταν τα απόβλητα αποδεσμεύονται στο έδαφος προκαλούν μείωση της αλκαλικότητας του εδάφους και της διαθεσιμότητας σε μαγγάνιο, αναστέλλοντας έτσι την βλάστηση των σπόρων. Με τις συμβατικές διεργασίες αναερόβιας-αερόβιας επεξεργασίας λυμάτων έχει επιτευχθεί μόνο 6% -7% αποικοδόμηση των μελανοϊδινών, ως εκ τούτου έχουν μελετηθεί εναλλακτικές μέθοδοι επεξεργασίας. Οι τεχνικές που έχουν χρησιμοποιηθεί, με διαφορετικό βαθμό επιτυχίας, περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων: προσρόφηση, κροκίδωση, UV/H2O2 οξείδωση, οξείδωση με όζον, διήθηση με μεμβράνες και εξάτμιση. Η πιο διαδεδομένη είναι η προσρόφηση κυρίως σε ενεργό άνθρακα. Πολύ καλά αποτελέσματα φαίνεται να έχει επιτύχει και η κροκίδωση με ιόντα σιδήρου και αλουμινίου. Η χρήση όζοντος μειώνει εώς και το 76% του χρωματικού περιεχομένου, ενώ ο συνδιασμός του όζοντος με το υπεροξείδιο του υδρογόνου επιφέρουν μεγαλύτερη μείωση που αγγίζει το 91%. Το μειονέκτημα των μεθόδων είναι ότι απαιτούν υψηλές δοσολογίες αντιδραστηρίου και παράγουν μεγάλη ποσότητα ιλύος. Στόχος αυτής της μελέτης ήταν η διερεύνηση της απομάκρυνσης της μελανοϊδίνης με την τεχνική της ηλεκτροχημικής οξείδωσης από συνθετικά απόβλητα μελάσσας. Το συνθετικό απόβλητο παρασκευάσθηκε από γλυκόζη και γλυκίνη και θέρμανση για 7 ώρες στους 95 °C. Τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν βόριου ενισχυμένου με διαμάντι (Boron Doped Diamond) με υπόστρωμα πολυκρυσταλλικού πυριτίου (BDD / Si) ως άνοδος και πλέγμα ανοξειδωτου χάλυβα (Stainless Steel grid) ως ηλεκτρόδιο καθόδου. Στα πειράματα ηλεκτροχημικής οξείδωσης μελετήθηκαν οι ακόλουθες παράμετροι: i) η επίδραση της πυκνότητας του ρεύματος που εφαρμόζεται στο δείγμα, ii) η επίδραση της συγκέντρωσης του ηλεκτρολύτη, iii) η επίδραση του είδους του ηλεκτρολύτη και iv) η επίδραση του pH. Επίσης μελετήθηκε η επίδραση της ηλεκτρο-οξείδωσης ως προς την μεταβολή του COD και TOC των δειγμάτων. Η περιεκτικότητα χρώματος στα υδατικά διαλύματα μετρήθηκε σε μονάδες ADMI και ως ηλεκτρολύτες χρησιμοποιήθηκαν τα άλατα NaCl και KH2PO4. H απομάκρυνση της μελανοϊδίνης από τα συνθετικά απόβλητα με την τεχνική της ηλεκτροχημικής οξείδωσης είναι εφικτή σε ποσοστό μεγαλύτερο από 90% με την προσθήκη οπιουδήποτε ηλεκτρολύτη εκ των δύο (NaCl και KH2PO4). Επίσης επιτεύχθηκε απομάκρυνση BOD και COD μεγαλύτερη από 50% μετά από 300 λεπτά ηλεκτροοξείδωσης. Τέλος το pH δεν φαίνεται να επηρεάζει ιδιαίτερα την πορεία της τεχνολογίας.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Boron Doped Diamond
Ηλεκτρόδιο Αδάμαντα
Ηλεκτροχημική Οξείδωση
Electrochemical Oxidation

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Χημείας

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)