Τις τελευταίες δεκαετίες, η σημαντική αύξηση στην κατανάλωση φαρμακευτικών ουσιών σε συνδυασμό με την αναποτελεσματικότητα των βιολογικών και φυσικοχημικών μεθόδων καθαρισμού
του νερού, έχει οδηγήσει στην ανίχνευση και ποσοτικοποίηση τους σε υπόγεια και επιφανειακά ύδατα. Η παρουσία τους στο περιβάλλον απειλεί όχι μόνο τα υδάτινα οικοσυστήματα αλλά και την
ανθρώπινη υγεία.
To γεγονός αυτό έχει οδηγήσει την επιστημονική κοινότητα στην αναζήτηση αποτελεσματικών
μεθόδων για την πλήρη αποδόμηση τους. Οι προηγμένες διεργασίες οξείδωσης, (advanced oxidation processes, AOPs), όπως η ετερογενής φωτοκατάλυση, ο οζονισμός, το αντιδραστήριο Fenton
κ.α., εμφανίζουν ενθαρρυντικά αποτελέσματα ως προς την κατεύθυνση αυτή.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η αποδόμηση της λοσαρτάνης (Losartan, LOS),
μιας ένωσης που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της υψηλής αρτηριακής πίεσης, με χρήση καταλυτών ZnSnO3 (zinc stannate, ZSO) τροποποιημένων με φωσφίδιο του χαλκού (0 - 1 κ.β. % Cu3P). Οι
σύνθετοι φωτοκαταλύτες παρασκευάσθηκαν με την μέθοδο του υγρού εμποτισμού και ακολούθησε
πύρωση στους 580 ο C για 2 h. O φυσικοχημικός χαρακτηρισμός τους πραγματοποιήθηκε με τις μεθόδους: φυσικής ρόφησης – εκρόφησης αζώτου σε θερμοκρασία υγρού αζώτου (BET), περίθλασης
ακτινών-X (XRD) και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), ενώ υπολογίστηκε και το σημείο
μηδενικού φορτίου (point of zero charge, pzc). Μέσω των παραπάνω τεχνικών αντλήθηκαν πληροφορίες για την κρυσταλλική δομή και τη χημική τους σύνθεσή. Βέλτιστα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν στην περίπτωση του σύνθετου καταλύτη 0.25% Cu3P/ZnSnO3, όπου παρατηρήθηκε πλήρης
αποδόμηση 0.5 mg/L LOS σε 180 min με την χρήση 500 mg/L καταλύτη σε διάλυμα υπερκάθαρου
νερού (UPW). Η βελτιωμένη συμπεριφορά του σύνθετου καταλύτη 0.25% Cu3P/ZnSnO3 σε σχέση με
το ZnSnO3 αποδίδεται στον αποτελεσματικό διαχωρισμό των φωτοπαραγώμενων φορέων φορτίου
(ηλεκτρόνια – οπές) εξαιτίας της κατάλληλης θέσης των ζωνών σθένους (valence band, VB) και αγωγιμότητας (conduction band, CB) των δύο ημιαγωγών. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση των λειτουργικών παραμέτρων της διεργασίας όπως το pH, η συγκέντρωση του καταλύτη (250 – 750 mg/L)
και η συγκέντρωση του ρύπου (0.5 – 1 mg/L), καθώς και φαινομένων προσρόφησης και φωτόλυσης
του ρύπου απουσία καταλύτη.
Περαιτέρω πειράματα διεξήχθησαν με χρήση εμφιαλωμένου νερού (bottled water, ΒW) και δευτεροβάθμια επεξεργασμένα υγρά απόβλητα (wastewater, WW), όπου παρατηρήθηκε σημαντική
μείωση στην συνολική απόδοση της διεργασίας. Επίσης, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με την
προσθήκη χουμικού οξέος (humic acid, HA), ιόντων χλωρίου (Cl-
) και ανθρακικών ιόντων (HCO3
-
),
ουσιών που αποτελούν τα κύρια συστατικά των πραγματικών υδατικών μητρών. Η παρουσία HA και
Cl- βρέθηκε να έχει μικρή επίδραση στον ρυθμό της αντίδρασης σε αντίθεση με την παρουσία των
HCO3
- που οδήγησε σε σημαντική μείωση της απόδοσης, καθώς η αποδόμηση της LOS δεν ξεπέρασε
το 30% έπειτα από 180 min ακτινοβόλησης. Τέλος, οι φωτοπαραγώμενες οπές (h
+
) προσδιορίστηκαν
ως τα κυρίαρχα οξειδωτικά είδη της διεργασίας.
(EL)
Over the last decades, the extensive use of pharmaceuticals in conjunction with the inefficiency
of conventional physicochemical and biological water treatment methods, has led not only to the
detection but also to the quantification of pharmaceutically active compounds (PhACs) in surface
water and groundwater. To address this challenge, intensive research efforts have focused on the
development of effective water treatment technologies for the removal of residual PhACs, including
advanced oxidation processes (AOPs), such as ozonation, heterogeneous photocatalysis and Fenton
reagent.
In the present thesis, the degradation of losartan (LOS), a widely administered medicine for high
blood pressure, by ZnSnO3 (zinc tannate, ZSO) modified with copper phosphide (0 - 1 wt. % Cu3P)
photocatalysts was investigated. The composite catalysts were synthesized using the wet impregnation (WI) method and the resulting powder was calcined at 580 οC for 2 h. The physicochemical characterization of the samples was performed by means of Brunauer–Emmett–Teller (BET) method, XRay diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Optimal results were obtained in the
case of 0.25%Cu3P/ZnSnO3 where complete degradation of 0.5 mg/L LOS in ultrapure water (UPW)
was achieved in 180 min. The enhanced photocatalytic performance of 0.25%Cu3P/ZnSnO3 was attributed to the efficient separation of the photogenerated species (electrons – holes). The effect of
some operating parameters of the process (e.g., pH value, LOS initial concentration, catalyst concentration), as well as adsorption and photolysis phenomena were also investigated.
Additional experiments were conducted in bottled water (BW) and wastewater (WW) revealing
significantly lower efficiency towards LOS degradation. Furthermore, experiments were performed
with the addition of humic acid (HA) (i.e. to simulate the organic content of WW), NaHCO3 and NaCl
(i.e. the dominant inorganic ions in waters) in UPW. The addition of HCO3
- decelerated the elimination
of LOS while the presence of HA and Cl- had a minor impact to the process. Finally, according to
trapping experiments, photogenerated holes (h+
) are considered the dominant oxidation species in
the system.
(EL)
Πανεπιστήμιο Πατρών
