Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

«Οξείδωση οργανικών ρύπων σε υδατικά διαλύματα διασποράς με υπερήχους και με συμβατικές μεθόδους» Παταρούδη Σοφία Μπατσίλα Μαρία ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "«Οξείδωση οργανικών ρύπων σε υδατικά διαλύματα διασποράς με υπερήχους και με συμβατικές μεθόδους» Παταρούδη Σοφία Μπατσίλα Μαρία ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 «Οξείδωση οργανικών ρύπων σε υδατικά διαλύματα διασποράς με υπερήχους και με συμβατικές μεθόδους» Παταρούδη Σοφία Μπατσίλα Μαρία ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΔιΧηΝΕΤ Το πείραμα στη Διδασκαλία της Χημείας: Η Πράσινη Προσέγγιση Επιβλέποντες καθηγητές: κ.Α.Ι. Μαρούλης – κ.Κ. Χατζηαντωνίου Θεσσαλονίκη 2006

2 Στόχοι Να γίνει κατανοητό το έντονο πρόβλημα της ρύπανσης του περιβάλλοντος. Να εξοικειωθούν οι μαθητές με την οξείδωση, σαν μέθοδο αντιρρύπανσης.

3 Περιεχόμενα ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Εισαγωγή Ρύπανση περιβάλλοντος Ρύποι – Διχλωρομεθάνιο – Χρωστικές Κυανούν του μεθυλενίου Ηλιανθίνη Χημική οξείδωση – Οξείδωση με «οξυγόνο στην απλή» – Οξείδωση με NaOCl – Οξείδωση με ρίζες ΟΗ – Οξείδωση με υπερήχους ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Συμπεράσματα

4 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

5 Εισαγωγή Ανάπτυξη χημείας και βιομηχανίας Αλόγιστη χρήση φυσικών πόρων Καταναλωτισμός Ποιοτική υποβάθμιση περιβάλλοντος Πράσινη Χημεία Πρόληψη Αντιμετώπιση

6

7 Ρύπανση περιβάλλοντος

8 Ρύποι & Επιδράσεις Ανόργανοι ρύποι – Βαρέα μέταλλα Οργανικές ενώσεις – Χλωριωμένοι υδρογονάνθρακες – Οργανοφωσφορικές ενώσεις ΝΟ x – SΟ 2 Πετρέλαιο Τοξικά Βιοσυσσώρευση Τοξικά Ύποπτα καρκινογένεσης Μικρή βιοδιασπασιμότητα Βιοσυσσώρευση Όξινη βροχή Αύξηση αζώτου Τοξικό Ύποπτο καρκινογένεσης

9

10 Ρύποι Διχλωρομεθάνιο, CH 2 Cl 2 Χρήσεις: Διαλύτης Για χημικό καθαρισμό Προωθητικό αέριο, σπρέι Πρώτες ύλες σε συνθέσεις Καλλυντικά Φυτοφάρμακα Αναισθητικό Τοξικότητα: LD 50 : 1600 mg/ kg Μεταλλαξογόνο Ύποπτο καρκινογένεσης

11 Χρωστικές Προέλευση Βιομηχανία χρωμάτων Βιομηχανία επεξεργασίας υφασμάτων Συνέπειες Αύξηση του ΒΟD Εμφάνιση χρώματος

12 Χρωστικές: χρώμα και δομή Χρωμοφόρες ομάδες Απορρόφηση φωτός Χρώμα Διέγερση ηλεκτρονίων ΔΕ = (h *c) / λ συζυγίας ΔΕλ

13 Χρωστικές Κυανούν του μεθυλενίου, C 16 H 18 N 3 SCl Χρήσεις: Βιομηχανία (βαφές) Ιατρική Διαγνωστικούς σκοπούς Αντισηπτικό Τοξικότητα: LD 50 :1180 mg/kg

14 Αζωχρώματα ενώσεις που περιέχουν στο μόριο τους μια ή περισσότερες αζωομάδες –Ν=Ν- Αμίνες:πρώτη ύλη παρασκευής αζωχρωμάτων και προϊόν διάσπασης Πλεονεκτήματα Συντίθενται εύκολα Εύχρηστα Χαμηλό κόστος Αποθηκεύονται εύκολα Διατίθενται ευρέως Μειονεκτήματα Καρκινογόνες και μεταλλαξιογόνες Μη αποικοδομήσιμες Τοξικές Μεταφορά μέσω της τροφικής αλυσίδας στον ανθρώπινο οργανισμό Απαγόρευση χρήσης 20 αμινών,από 1999, Ε.Ε.

15 Χρωστικές Ηλιανθίνη, C 14 H 15 N 3 Ο 3 S Χρήσεις: Βιομηχανία (χρωστική) Ιατρική (διάγνωση) Δείκτης Τοξικότητα: LD 50 : 60 mg/kg Μεταλλαξογόνο Ύποπτο καρκινογένεσης

16 Χημική οξείδωση Η οξείδωση χημικών ενώσεων χρησιμοποιείται για: κατεργασία αποβλήτων κατεργασία αστικών λυμάτων κατεργασία νερού 1.Ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή αφαίρεση υδρογόνου από μια χημική ένωση 2.Αύξηση του αριθμού οξείδωσης 3.Αποβολή ηλεκτρονίων Τι ονομάζεται οξείδωση;

17 Χημική οξείδωση Ρύποι: Οργανικές ενώσεις Χλωριωμένοι διαλύτες Αρωματικοί υδρογονάνθρακες Φυτοφάρμακα Ανόργανες ενώσεις Βαρέα μέταλλα Θειούχα Κυανιούχα Οξειδωτικά μέσα: Χλώριο Υποχλωριώδη άλατα Υπεροξείδιο του υδρογόνου Υπερμαγγανικό κάλιο Όζον Οξυγόνο Ρίζα υδροξυλίου Υπεριώδης ακτινοβολία

18 Οξείδωση με «οξυγόνο στην απλή» Το οξυγόνο ανακαλύφθηκε το 1775 από τον Joseph Priestly. Δομή του μοριακού οξυγόνου:

19 Οξείδωση με «οξυγόνο στην απλή» Μόρια με δύο ηλεκτρόνια στην εξωτερική στιβάδα μπορούν να έχουν διάταξη ηλεκτρονίων με διαφορετικό τρόπο:

20 Παρασκευές «οξυγόνου στην απλή» Ενζυμικά: Χημικά: Φωτοχημικά: 1η μέθοδος: Cl 2 + 2OH -  ClO - + Cl - + H 2 O H 2 O 2 + OCl -  ClOO - + H 2 O ClOO -  1 O 2 + Cl - 2η μέθοδος: (PhO) 3 P + O 3  1 O 2 + (PhO) 3 PO 3η μέθοδος: RCOOOH + H 2 O 2  1 O 2 + RCOO - + H 2 O 4η μέθοδος:

21 Χημικές αντιδράσεις με 1 Ο 2 Εξαιρετικά δραστική ένωση Αντιδράσεις με διπλούς δεσμούς Κυκλοπροσθήκη Οξυγόνωση

22 Οξείδωση με NaOCl Στερεό Παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1820 από τον Labarraque. 2NaOH + Cl 2  NaCl + NaOCl + H 2 O Εμπορικά παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση διαλύματος NaCl Οξειδωτικό αντιδραστήριο

23 Magic blue Ο αποχρωματισμός δεν σημαίνει απαραίτητα διάσπαση της χρωστικής. Γίνεται μετατροπή της χρωστικής σε άλλη μορφή.

24 Οξείδωση με NaOCl Πλεονεκτήματα: Φθηνό αντιδραστήριο Αποτελεσματικό αντιδραστήριο Μειονεκτήματα: Δημιουργία χλωριωμένων οργανικών παραγώγων Σχετικά χαμηλή οξειδωτική δράση (δεν αδρανοποιούν όλους τους ρύπους) Αύξηση της αλατότητας των υδάτων (απελευθέρωση ιόντων χλωρίου)

25 Οξείδωση με ρίζες ΟΗ Προχωρημένες οξειδωτικές μέθοδοι αντιρρύπανσης (Advanced Oxidation Processes, AOP) Δράση ριζών υδροξυλίου: RH +  OH  R  + H 2 O R  + O 2  RO 2  RO 2   CO 2 + ανόργανα ιόντα Πλεονεκτήματα: Επιλύουν το πρόβλημα της ρύπανσης Αντιδραστήρια φιλικά στο περιβάλλον Μη επιλεκτική προσβολή ενώσεωνΜειονέκτημα: Δεν αποθηκεύονται

26 Οξείδωση με ρίζες ΟΗ Οζονόλυση σε συνδυασμό με Η 2 Ο 2 Ο 3 + Η 2 Ο 2   ΟΗ + Ο 2 + ΗΟ 2  Οζονόλυση σε αλκαλικό περιβάλλον 2Ο 3 + Η 2 Ο   ΟΗ + 2Ο 2 + ΗΟ 2  Φωτοκαταλυτική οξείδωση H 2 O + hv  HO  + e - + H + Ηλεκτρολυτική οξείδωση Η 2 Ο   ΟΗ + Η + + e - άνοδος Ο 2 + 2Η + + 2e -  Η 2 Ο 2 κάθοδος Οξείδωση με αντιδράσεις Fenton Fe 2+ + H 2 O 2  Fe 3+ + HO  + HO - Οξείδωση με UV σε συνδυασμό με Η 2 Ο 2 ή Ο 3 H 2 O 2 + hv  2HO  Οξείδωση με υπερήχους 3H 2 O  HO  + H + + e - + H 2 O 2 + H 2 Οξείδωση με νερό σε Υπερκρίσιμες συνθήκες (374 ο C και 218 Atm) Κυριότεροι τρόποι παραγωγής ριζών υδροξυλίου:

27 Οξείδωση με υπερήχους Τι είναι ήχος; «Το αίτιο που προκαλεί το αίσθημα της ακοής, οτιδήποτε ακούμε» Εάν υπήρχε ένας κωφός ανάμεσά μας, θα υπήρχε ήχος γι’ αυτόν; Όταν δημιουργούνται υπέρηχοι, υπάρχει ήχος; Ήχος είναι η ενέργεια που μεταφέρεται κατά τη δημιουργία κυμάτων συστολής – διαστολής (ακουστικών κυμάτων πίεσης) τα οποία κινούνται μέσα από στερεά, υγρά και αέρια.

28 Οξείδωση με υπερήχους Τα ακουστικά κύματα πίεσης μπορούν να επιδράσουν με την ύλη ώστε να προκληθούν χημικές μεταβολές; Μορφή ενέργειας (διαφορετική από τις γνωστές) Αύξηση της χημικής δραστικότητας των μορίων Επιδράσεις ακουστικών κυμάτων πίεσης Επιδράσεις ριζών Μηχανικές επιδράσεις 1. Διάσπαση δεσμών μετάλλου – ligand 2. Διάσπαση δομής του διαλύτη 3. Ομολυτική σχάση μορίων 1. Διατμητικές τάσεις 2. Ακροφύσια 3. Κύματα κρούσης

29 Οξείδωση με υπερήχους Υψηλή ισχύς Ο κύκλος εκτόνωσης υπερβαίνει τις ελκτικές δυνάμεις των μορίων του υγρού (αλληλεπίδραση με την ύλη) Κοίλες φυσαλίδες (cavities) Χρήση μόνο σε υγρά (ομογενή και ετερογενή) ΔΕΝ δημιουργούνται κοιλότητες σε στερεά και σε αέρια Ο ήχος διαδίδεται μέσω μιας σειρά συμπίεσης και εκτόνωσης κυμάτων που εισάγονται στα μόρια του μέσου.

30 Συσκευές υπερήχων Εισαγωγή υπερήχων στο σύστημα Λουτρό υπερήχων Σύστημα probe

31 Συσκευές υπερήχων Παραγωγή υπερήχων Οι υπέρηχοι παράγονται μέσω των μετατροπέων Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας Αλλαγή μεγέθους  αντίθετα ηλεκτρικά φορτία στις απέναντι πλευρές Εφαρμογή εναλλασσόμενης τάσης  περιοδική μεταβολή μεγέθους  δόνηση Η συχνότητα δόνησης είναι χαρακτηριστικό του κάθε υλικού και επηρεάζεται από το πάχος του.

32 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

33 Κανόνες ασφάλειας Ασφάλεια αντιδραστηρίων: M.S.D.S. Ασφάλεια υπερήχων Κατηγορίες έκθεσης: Αερομεταφερόμενη Επαφή μέσω υγρού Επαφή με δονούμενο στερεό Συμπτώματα: Κόπωση – Πονοκέφαλος – Ναυτία Βλάβη στους ιστούς Σοβαρά εγκαύματα

34 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ 1.Φωτοξείδωση χρωστικής με ηλιακή ακτινοβολία. –Χρησιμοποιείται έγχρωμο χαρτί. 2.Οξείδωση κυανού του μεθυλενίου και ηλιανθίνης με «οξυγόνο στην απλή». –C 16 H 18 N 3 S /2 1 O 2  16CO 2 + 3NO SO H + + 6H 2 O –C 14 H 15 N 3 Ο 3 S + 43/2 1 O 2  14CO 2 + 3NO SO H + + 5H 2 O 3.Μagic blue. –Ο αποχρωματισμός μιας χρωστικής δεν σημαίνει απαραίτητα και την διάσπασή της. 4.Αλλαγή χρώματος δείκτη φαινολοφθαλεΐνης.

35 ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΦΟΙΤΗΤΕΣ 1. Οξείδωση της χρωστικής ηλιανθίνης με NaOCl – συμβατικό οξειδωτικό μέσο 2. Οξείδωση του διχλωρομεθανίου με υπερήχους – σαν οξειδωτικό μέσο χρησιμοποιούνται οι ρίζες υδροξυλίου

36 Οξείδωση με NaOCl C 14 H 15 N 3 O 3 S+43 - OCl  14CO 2 +3NO 3 - +SO H + +5H 2 O +43Cl - 1ο πείραμα: Θερμοκρασία δωματίου 2ο πείραμα: Θέρμανση στους 25 ο C

37 Οξείδωση με υπερήχους Συγκριτικός πίνακας χλωριωμένων διαλυτών ΔΙΑΛΥΤΗΣPEL (ppm) Τετραχλωράνθρακας2 Χλωροφόρμιο2 Διχλωρομεθάνιο500 1,1-διχλωροαιθάνιο100 PEL: permissible exposure limit (8h) Διάσπαση του διαλύτη: H 2 O  HO  + H + + e - + H 2 O 2 + H 2

38 Οξείδωση διχλωρομεθανίου CCl 4   CCl 3 +  Cl CCl 4   CCl 2 + Cl 2  CCl 3   CCl 2 +  Cl  CCl 3 +  CCl 3  CCl 4 +  CCl 2  CCl 3 +  CCl 3  C 2 Cl 6  CCl 3 +  ΟΗ  ΗΟCCl 3 ΗCl ΗΟCCl 3  CΟCl 2 + ΗCl CΟ 2 ΗCl CΟCl 2 + Η 2 Ο  CΟ 2 + 2ΗCl  CCl 2 +  CCl 2  C 2 Cl 4 CΟΗCl  CCl 2 + Η 2 Ο  CΟ + 2ΗCl Cl 2  Cl +  Cl  Cl 2 ΗCl ΗΟCl Cl 2 + Η 2 Ο  ΗCl + ΗΟCl CH 2 Cl 2   CH 2 Cl +  Cl

39 Καθορισμός του τέλους της αντίδρασης Χρησιμοποιείται δείκτης φαινολοφθαλεΐνη σε αλκαλικό περιβάλλον Παράγεται HClΜειώνεται το pΗΑλλαγή χρώματος

40 Συμπεράσματα Η οξείδωση με ρίζες ΟΗ πλεονεκτεί σε σύγκριση με την οξείδωση με υποχλωριώδες νάτριο και συμφωνεί με τις Αρχές της Πράσινης Χημείας. Όπου είναι εφικτό προτείνονται οι Προχωρημένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρρύπανσης.

41


Κατέβασμα ppt "«Οξείδωση οργανικών ρύπων σε υδατικά διαλύματα διασποράς με υπερήχους και με συμβατικές μεθόδους» Παταρούδη Σοφία Μπατσίλα Μαρία ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google