Photocatalytic Processes in Environmental Protection Degradation of Anthocyanins E163 Ws on Illuminated TIO2

• Autorzy: Wojciech Zmudziński , Tomasz Pawłowski

Warianty tytułu

Procesy fotokatalityczne w ochronie środowiska degradacja antocyjanów E163 WS na naświetlanym TIO2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research results on the possibility of anthocyanins' traces degradation - obtained from Vitis vinifera L. grapes peel (commercial colouring agent E163 WS) contained in water (sewage) are presented in this paper. Experiments were conducted in the model photocatalytic systems: UV/E163/H2O/TiO2 and UV/E163/H2O. The level of the colour degradation was estimated on spectrophotometric measurements. The amount of mineralized colour in UV/E163/H2O/TiO2 system was inversely proportional to the initial concentrations in the examined solution. The E163 colourant loss expressed as absorbance decrease of tested solutions, which was a result of photocatalytic degradation ranged from 40% to 88%, depending on the initial concentration of colourant in the solution. On the basis of the conducted kinetics analysis it was found that in the range of the studied concentration of E163 WS colourant the photocatalytic process reveals substantial deviations from the generally accepted Langmuir-Hinshelwood model. This is among others due to the so-called a homogeneous photodegradation of substrate (in UV/E163/H2O system) - 45-68% in relation to the process occurring in the heterogeneous system, UV/E163/H2O/ TiO2. The examined conduction of variations in pH during illumination showed the formation of acid derivatives of anthocyanins photooxidation. The research results indicate that photocatalytic processes belonging to so-called advanced oxidation processes (AOP) may constitute an alternative to the traditional methods for sewage treatment of the food industry. (original abstract)

W prezentowanym artykule przedstawiono wyniki badań nad możliwością degradacji śladowych ilości antocyjanów - ze skórek winogron Vitis vinifera L. (barwnik handlowy E163 WS) zawartych w wodzie (ściekach). Eksperymenty prowadzono w modelowych układach fotokatalitycznych: UV/E163/H2O/TiO2 oraz UV/E163/H2O. Stopień degradacji barwnika określano na podstawie pomiarów spektrofotometrycznych. Ilość zmineralizowanego barwnika w układzie UV/E163/ H2O/TiO2 była odwrotnie proporcjonalna do jego początkowego stężenia w badanym roztworze. Ubytek barwnika E163, wyrażany spadkiem absorbancji badanych roztworów spowodowanej degradacją fotokatalityczną, wyniósł od 40% do 88%, w zależności od początkowego stężenia barwnika w roztworze. Na podstawie prze-prowadzonych badań kinetycznych stwierdzono, że w badanym zakresie stężeń bar-wnika E163 WS proces fotokatalityczny wykazuje odstępstwa od ogólnie przyjętego modelu Langmuira-Hinshelwooda. Powodem tego zjawiska jest m.in. duży udział tzw. homogenicznej fotodegradacji substratu (w układzie UV/E163/H2O) (45-68%) w stosunku do procesu zachodzącego w układzie heterogenicznym, UV/E163/H2O/ TiO2. Zbadany przebieg zmian pH podczas naświetlania wykazał tworzenie się po-chodnych kwasowych fotoutleniania antocyjanów. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że procesy fotokatalityczne, należące do tzw. procesów zaawansowanego utleniania (AOP, Advanced Oxidation Processes) mogą stanowić alternatywę dla tradycyjnych metod oczyszczania ścieków przemysłu spożywczego. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Water quality; Water; Food industry; Water consumption analysis; Environmental protection

PL

Jakość wody; Woda; Przemysł spożywczy; Analiza zużycia wody; Ochrona środowiska

• Czasopismo: Studia Oeconomica Posnaniensia
• Rocznik: 2017
• Tom: 5
• Numer: nr 7 Selected aspects of products and services quality
• Strony: 122--136

Twórcy

autor

Wojciech Zmudziński

• Poznań University of Economics and Business

autor

Tomasz Pawłowski

• Poznań University of Economics and Business

Bibliografia

• Bard, A.J., 1979, Photoelectrochemistry and Heterogeneous Photocatalysis at Semi-conductors, Journal of Photochemistry, vol. 10, pp. 59-75, DOI: 10.1016/0047-2670(79)80037-4.
• Chang, C.-Y., Hsieh, Y.-H., Hsieh, L.-L., Yao, K.-S., Cheng, T.-C., 2009, Establishment of Activity Indicator of TiO2 Photocatalytic Reaction - Hydroxyl Radical Trapping Method, Journal of Hazardous Materials, vol. 166, pp. 897-903, DOI : 10.1016/j. jhazmat.2008.11.092.
• Chong, M.N., Jin, B., Chow, C.W.K., Saint, C., 2010, Recent Developments in Photocatalytic Water Treatment Technology: A Reviw, Water Research, vol. 44, pp. 2997-3027, DOI: 10.1016/j.watres.2010.02.039.
• Dobosz, A., Sobczyński, A., 2003, The Influence of Silver Additives on Titania Photoactivity in the Photooxidation of Phenol, Water Research, vol. 37, pp. 1489-1496, DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00559-6.
• Gaya, U.I., Abdullah, A.H., 2008, Heterogeneous Photocatalytic Degradation of Organic Contaminats over Titanium Dioxide: A Review of Fundamentals, Progress and Problems, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, vol. 9, pp. 1-12, DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2007.12.003.
• Gogate, P.R., Pandit, A.B., 2004, A Review of Imperative Technologies for Wastewater Treatment II. Hybrid Methods, Advances in Environmental Research, vol. 8, pp. 553-597, DOI: 10.1016/S1093-0191(03)00031-5.
• Główny Urząd Statystyczny, 2010, Ochrona środowiska 2010, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/se_ochrona_sro-dowiska _2010r.pdf.
• Główny Urząd Statystyczny, 2011, Ochrona środowiska 2011, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/se_ochrona_sro-dowiska _2011.pdf.
• Główny Urząd Statystyczny, 2012, Ochrona środowiska 2012, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, [http://stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/gus/se_ochrona_sro-dowiska _2012.pdf].
• Główny Urząd Statystyczny, 2013, Ochrona Środowiska 2013, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/ pl/ defaultaktualnosci/5484/1/14/1/se_ochrona_srodowiska_2013.pdf.
• Główny Urząd Statystyczny, 2014, Ochrona środowiska 2013, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, http://stat.gov.pl/download/gfx/portalinformacyjny/ pl/ defaultaktualnosci/5484/1/15/1/ochrona_srodowiska_2014.pdf.
• Grzechulska-Damszel, J., Orecki, A., Mozia, S., Tomaszewska, M., Morawski, A.W., 2006, Możliwości i perspektywy oczyszczania wody i ścieków w układzie fotokataliza/ procesy membranowe, Przemysł Chemiczny, nr 8-9, pp. 1011-1014.
• Iino, K., Kitano, M., Takeuchi, M., Matsuoka, M., Anpo, M., 2006, Design and Development of Second-Generation Titanium Oxide Photocatalyst Materials Operating under Visible Light Irradiation by Applaying Advanced Ion-Engineering Techniques, Current Applied Physics, vol. 6, pp. 982-986, DOI: 10.1016/j.cap.2005.07.002.
• Kasztelan, A., 2008, Oddziaływanie przemysłu spożywczego na środowisko naturalne, Przemysł Spożywczy, nr 10, pp. 60-65.
• Konieczny, P., Szymański, M., 2004, Ścieki przemysłu spożywczego - charakterystyka, zagrożenia, korzyści, Forum Eksploatatora, nr 3-4, pp. 19-23.
• Konieczny, P., Szymański, M., 2007, Ścieki i osady z przemysłu spożywczego - - charakterystyka problemu w aspekcie zagrożeń i korzyści, Przegląd Komunalny, nr 2, pp. 35-40.
• Konieczny, P., Szymański, M., 2008, Różnorodność zastosowań chemii, Przegląd Komunalny, nr 2, pp. 40-44.
• Kusic, H., Koprivanac, N., Bozic, A.L., 2006, Minimization of Organic Pollutant Content in Aqueous Solution by Means of AOP`s: UV - and Ozone Based Technologies, Chemical Engineering Journal, vol. 123, pp. 127-137, DOI: 10.1016/j. cej.2006.07.011.
• Lawless, D., Serpone, N., Meisel, D., 1991, Role of Hydroxyl Radicals and Trapped Holes in Photocatalysis. A Pulse Radiolysis Study, Journal of Physical Chemistry, vol. 95, pp. 5166-5170, DOI: 10.1021/j100166a047.
• Legrini, O., Oliveros, E., Braun, A.M., 1993, Photochemical Processes for Water Treatment, Chemical Review, vol. 93, pp. 671-698, DOI: 10.1021/cr00018a003.
• Okamoto, K., Yamamoto, Y., Tanaka, H., Itaja, A., 1985, Kinetics of Heterogeneous Photocatalytic Decomposition over Anatase TiO2 Powder, Bulletin of the Chemical Society of Japan, vol. 58, pp. 2023-2028, DOI: 10.1246/bcsj.58.2023.
• Robert, D., Malato, S., 2002, Solar Photocatalysis: A Clean Process for Water Detoxification, The Science of the Total Environment, vol. 291, pp. 85-97, DOI: 10.1016/ S0048-9697(01)01094-4.
• Sobczyński, A., Dobosz, A., 2001, Water Purification by Photocatalysis on Semiconductors, Polish Journal of Environmental Studies, vol. 10 no. 4, pp. 195-205.
• Sobczyński, A., Duczmal, Ł., Dobosz, A., 1999, Photocatalysis by Illuminated Titania: Oxidation of Hydroquinone and p-Benzoquinone, Monatshefte fur Chemie, vol. 130, pp. 377-384, DOI: 10.1007/PL00010219.
• Sobczyński, A., Duczmal, Ł., Zmudziński, W., 2004, Phenol Destruction by Photocatalysis on TiO2: An Attempt to Solve the Reaction Mechanism, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 213, pp. 225-230, DOI: 10.1016/j.molcata.2003.12.006.
• Sobczyński, A., Gimenez, J., Cervera-March, S., 1996, A Fluidized Photoreactor Design for Water Detoxification by Photocatalysis, Polish Journal of Applied Chemistry, vol. 40, pp. 103-114.
• Sobczyński, A., Gimenez, J., Cervera-March, S., 1997, Photodecomposition of Phenol in a Flow Reactor: Adsorption and Kinetics, Monatschefte fur Chemie, vol. 128, pp. 1109-1118, DOI: 10.1007/BF00807561.
• Stafford, U., Gray, K.A., Kamat, P.V., 1994, Radiolytic and TiO2 Assisted Photocatalytic Degradation of 4-Chlorophenol, A Comparative Study, Journal of Physical Chemistry, vol. 98, pp. 6343-6351, DOI: 10.1021/j100076a019.
• Turchi, C.S., Ollis, D.F., 1990, Photocatalytic Degradation of Organic Water Contaminants: Mechanisms Involving Hydroxyl Radical Attack, Journal of Catalysis, vol. 122, pp. 178-192, DOI: 10.1016/0021-9517(90)90269-P.
• Zmudziński, W., 2009, Preliminary Results of Purification of Dairy Sewage by Photocatalysis on Titania, Polish Journal of Environmental Studies, vol. 18, pp. 1225-1228.
• Zmudziński, W., 2011, Fotokatalityczna degradacja tłuszczu mlecznego, w: Pachołek, B., Małecka, M., (red.), Towaroznawstwo żywności w zaspokajaniu potrzeb konsumenta, Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, nr 206, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, Poznań, pp. 243-250.
• Zmudziński, W., 2012, Poprawa jakości wody z wykorzystaniem procesów fotokatalitycznych. Badania w układach modelowych zawierających sacharozę, Towaroznawcze Problemy Jakości, vol. 3, pp. 105-113.
• Zmudziński, W., Sobczyńska, A., Sobczyński, A. ,2007, Oxidation of Phenol and Hexanol on their Binary Mixtures on Illuminated Titania: Kinetic Studies, Reaction Kinetics and Catalysis Letters, vol. 90, pp. 293-300, DOI: 10.1007/s11144-007-4984-9

Identyfikatory

DOI

10.18559/SOEP.2017.7.9