Fanimbana simika ny manga metilena sy fotokatalizy: fandikana ny valin'ny fanesorana

Manandrana katalizatera roa ny laboratoara iray mba hanimbana simika ny manga metilena amin'ny fotokatalizy. Ny katalizatera A dia manala 95 isan-jaton'ny loko manga ao anatin'ny adiny iray. Ny katalizatera B kosa dia mahavita 60 isan-jato monja. Manambara ny ekipa fa A no tsara indrindra, manoratra izany ao anaty tatitra, ary manafatra bebe kokoa amin'izany. Volana maro tatỳ aoriana, ny famakafakana ny karbônina no mampiseho ny marina: ny ankamaroan'ny akora fandokoana nesorin'i A dia mbola tsy niova teo ambonin'ilay akora mivaingana, fa B kosa no tena nanapaka molekiolan'ny akora fandokoana betsaka kokoa. Nivadika ny filaharana satria hevitra iray no norefesin'ny ekipa, nefa hevitra hafa no niantsoany azy.

Fahita io fahadisoana io satria hevitra efatra samy hafa no manana famantarana hita maso iray: mihamalefaka ny lokon'ilay ranoka manga. Ny adsorpsiona, ny fanalana loko, ny fanimbana simika ary ny mineralizasiona dia samy afaka miteraka izany vokatra izany, nefa samy milaza zavatra hafa momba izay nitranga tamin'ilay akora fandokoana. Ny manga metilena dia ampiasaina amin'ny iray amin'ireo fampiharana amin'ny famakafakana sy ny tontolo iainana maro izay ananan'ny akora fandokoana andraikitra voafaritra; eto dia izy no loto modely esorina na ovaina. Alohan'ny hampitahana katalizatera na hamoahana isan-jaton'ny fanesorana, farito izay vokatra tena azon'ny fandrefesanao hamarinina.

Vokatra efatra, fanambarana efatra samy hafa

Raiso ho hevitra efatra manana fitsipika fiasana samy hafa ireo. Samy mamaly fanontaniana hafa izy ireo, ary samy mitaky porofo manokana.

Ny adsorpsiona dia midika fa miala ao amin'ny vahaolana ny molekiolan'ny akora fandokoana ary miraikitra amin'ilay akora mivaingana, nefa tsy voatery hiova ara-tsimika. Atao ao anaty haizina ny fitsapana azy mandra-pahamarinan'ny habetsahana voaray, ary ny porofo azo itokisana dia ahitana ny akora fandokoana nalaina indray avy amin'ilay akora mivaingana tamin'ny desorpsiona na fitrandrahana. Tsy porofon'ny fifandanjana ho an'ny akora rehetra ny fe-potoana raikitra 30 minitra ao anaty haizina, ary misy adihevitra ara-pomba fiasa vao haingana mampiseho fa ny tsy fanaovana io dingana io dia miteraka filaharana diso amin'ny katalizatera rehefa samy hafa ny habetsahan'ny akora fandokoana raisin'ny akora ao anaty haizina.

Ny fanalana loko dia midika ho fahaverezan'ny kromofora hita maso, izay arahina matetika eo akaikin'ny fehin'ny fitrohana lehibe manodidina ny 664 nm. Ny adsorpsiona, ny redoksiona, ny N-demetilasiona ary ny fanapahana ny kromofora dia samy afaka mampidina io sanda voarefy io, ka tsy afaka mamantatra ny antony ny sanda amin'ny halavan'onja tokana. Raketo ny spektra feno fa tsy isa iray monja: ny fifindran'ny tendron'ny spektra mankany amin'ny faritra manga dia mifanaraka amin'ny vokatra nesorina vondrona metila avy amin'ny fianakaviana Azure. Ny vokatra lazaina ho fanesorana 95 isan-jato amin'ny 664 nm dia tokony hantsoina hoe fanalana loko 95 isan-jato, fa tsy fanimbana simika 95 isan-jato.

Ny fanimbana simika dia midika fa niova ara-tsimika ny molekiolan'ny manga metilena fototra. Avy amin'ny kromatografia ny porofo: manjavona amin'ny HPLC na UPLC ny akora fandokoana tsy niova, sady miseho ny vokatra avy amin'ny fiovana, izay simba tsikelikely koa avy eo; tsara raha fantarina amin'ny LC-MS ireo vokatra ireo. Anisan'ny famantarana ilaina ny ion molekiolary manodidina ny m/z 284 ho an'ny akora fototra, sy ny andian'ny demetilasiona miandalana: Azure B manodidina ny 270, Azure A manodidina ny 256, Azure C manodidina ny 242, ary tionina manodidina ny 228. Efa navoaka ny tetezamita LC-MS/MS voamarina ho an'ny akora fandokoana anaty rano.

Ny mineralizasiona dia midika fa niova ho vokatra farany tsy organika ny karbônina organika, indrindra ho dioksida karbônina sy karbônina tsy organika, ary ny azota sy ny solifara kosa miafara amin'ny endrika toy ny amônioma, nitrata ary solifata. Ny fihenan'ny karbônina organika manontolo (TOC) no fandrefesana mahazatra ny karbônina. Ny fihenan'ny filàna oksizenina simika (COD) dia mampiseho fa mihena ny habetsahan'ny akora azo ôksidaina, saingy tsy bilan'ny faoben'ny karbônina izany ary tsy ampy hanaporofoana mineralizasiona tanteraka. Manamafy ilay fanambarana ny kromatografian'ny ion ho an'ny solifata, nitrata ary amônioma.

Ny karazan-katalizatera samihafa — dioksida titanina nampiana singa hafa, akora mitambatra, akora tohanan'ny karbônina, sy ny mitovitovy amin'izany — dia tsy azo ampitahaina miaraka raha tsy samy mandalo fandrefesana vokatra sy fitsapana fanaraha-maso mitovy. Ny akora mitambatra manana adsorpsiona mahery dia hiseho ho haingana foana amin'ny fitsapana loko. Izany indrindra no antony anavahan'ny lisitra fanamarinana etsy ambany ny fandraisana akora fandokoana sy ny fiota simika, alohan'ny hametrahana filaharana.

Ny mekanisman'ny fanimbana simika ny manga metilena amin'ny fotokatalizy

Ny fianakavian'ny lalam-piota ekena ho an'ny fampientanana tena izy ny semikondiktora dia fintinina ao amin'ny famerenana fikarohana momba ny fanimbana akora fandokoana amin'ny fotokatalizy amin'ny akora mifototra amin'ny dioksida titanina, izay matetika tononina. Ny fôtôna voatroka dia mamorona elektrôna ao amin'ny fehin'ny fampitana sy lavaka ao amin'ny fehin'ny valansa. Ny lavaka dia mampiôksida ny rano na ny hidrôksida eo ambonin'ny akora ho radikaly hidrôksila, fa ny elektrôna kosa manao redoksiona ny oksizenina levona ho superôksida. Avy eo, ny fiota fanampiny mandalo amin'ny radikaly hidrôperôksila sy ny perôksida hidrôzenina dia mamokatra radikaly hidrôksila fanampiny. Ireo karazana oksizenina mora miota ireo sy ireo lavaka mihitsy no manafika ny akora fandokoana.

Ny fiovan'ny manga metilena dia manomboka matetika amin'ny N-demetilasiona mifanesy, mandalo amin'ny Azure B, Azure A ary Azure C mankany amin'ny tionina, miaraka amin'ny ôksidasionan'ny kromofora fenôtiazina. Ny fanafihana radikaly manaraka dia manapaka ny fatorana karbônina–solifara sy karbônina–azota, manokatra ny peratra aromatika, ary mamokatra fitambarana karazana fenôlika sy anilina, aldehida ary asidra karbôksilika ambany faobe molekiolary, alohan'ny mineralizasiona amin'ny farany. Misy famerenana fikarohana manokana momba ny toetran'ny manga metilena sy ny lalan'ny fanimbana azy amin'ny hazavana mampiseho an-tsipiriany io fianakavian'ny lalam-piota io. Miankina amin'ny katalizatera, ny pH, ny famatsiana oksizenina ary ny fampiharana hazavana ny tahan'ny sampana tsirairay, ka raiso ho fianakavian'ny lalam-piota ilay kisary fa tsy ho filaharana tokana tsy maintsy arahina.

Misy anton-javatra roa amin'ny andrana tokony hojerena satria manova ny kinetika hita izy ireo nefa tsy manova ny toetra raiki-tampisaka amin'ny katalizatera. Ny pH dia manova ny fiampangana elektrika eo ambonin'ny dioksida titanina sy ny fisian'ny vondrona hidrôksila eo aminy. Manova ny adsorpsionan'ilay akora fandokoana kationika izany, ka manova ny hafainganam-piota hita; ampitahao amin'ny pH mitovy ny akora, ary raketo ny sanda am-piandohana sy amin'ny farany. Mitovy amin'izany ny asan'ny sira levona sy ny vahaolana mpandrindra pH: ny klôrida, fôsfata, karbônata ary solifata dia afaka mibodo toerana eo ambonin'ny akora sy manova ny fiotan'ny radikaly. Misy fandalinana mifantoka amin'ny sira tsy organika amin'ny fotokatalizin'ny dioksida titanina mirakitra mivantana ny vokany amin'ny manga metilena.

Ny fandriky ny hazavana hita maso

Mila fampientanana amin'ny hazavana akaikin'ny UV ny dioksida titanina tsy novaina. Kanefa tatitra maro no mampiseho ny fanjavonan'ny lokon'ny manga metilena eo ambanin'ny jiro mamoaka hazavana hita maso ihany, ary milaza fa ny katalizatera no miasa amin'izany hazavana izany. Ny mekanisma azo inoana dia ny fampahatsapan'ny akora fandokoana ny rafitra amin'ny hazavana: mampiditra elektrôna ao amin'ny semikondiktora ilay akora fandokoana taitra, ary io elektrôna io no manao redoksiona ny oksizenina, ka mampanjavona ny loko nefa tsy misy fampientanana tena izy mamakivaky ny elanelan'ny fehin'angovon'ilay akora mivaingana. Ny asa andrana voatahiry nataon'i Ohtani sy ny mpiara-miasa aminy momba ny olan'ny hazavana hita maso dia nanaporofo io vokatra mamitaka io. Ny fanambarana ny sahan'ny fampiharana ny ISO 10678 kosa dia mametraka mazava ny fetra: voafetra amin'ny fampiharana hazavana UV ny fomba fitsapana mampiasa manga metilena ao aminy, ary tsy tafiditra ny fanambarana momba ny fiasana amin'ny hazavana hita maso.

Tsotra ny fitsapana azo ampiharina. Avereno ilay andrana amin'ny akora fitsapana tsy misy loko izay tsy mitroka hazavana hita maso, ary ampitahao amin'ny spektran'ny fitrohan'ny katalizatera ny fiankinan'ny hafainganam-piota amin'ny halavan'onja. Raha manaraka ny fitrohan'ny akora fandokoana ny fiasana fa tsy ny fitrohan'ny katalizatera, dia manohana ny fampahatsapana amin'ny hazavana ilay vokatra, fa tsy fotokatalizy amin'ny hazavana hita maso vokatry ny toetra raiki-tampisaka amin'ilay katalizatera. Tsarovy io fitsapana io rehefa mamaky fanambaran'ny mpivarotra momba ny karazan-katalizatera miasa amin'ny hazavana hita maso.

Lisitra fanamarinana ny vokatra

Ampiasao ity lisitra ity alohan'ny hametrahana filaharan'ny katalizatera na hanoratana fanambarana momba ny fanesorana. Izy no fitaovana azo ampiasaina miverimberina ato amin'ity pejy ity: tokony hahafeno ny andalana rehetra ny andrana rehetra momba ny fanimbana simika ny manga metilena.

1. Fitsapana fanaraha-maso ny adsorpsiona ao anaty haizina: akora fandokoana miaraka amin'ny katalizatera, tsy misy hazavana, afangaro mandra-pahamarinan'ny habetsahana voarefy, ary alaina indray ny akora fandokoana avy amin'ny dingana mivaingana; tsy tombantombana mifototra amin'ny fotoana raikitra.
2. Fitsapana fanaraha-maso ny fôtôlizy: akora fandokoana miaraka amin'ny hazavana, tsy misy katalizatera, mba handrefesana ny fanjavonan'ny loko mivantana eo ambanin'ny jironao sy amin'ny fandaminana ara-jeometrika ampiasainao.
3. Santionany fanaraha-maso ara-pamakafakana tsy misy akora kendrena: katalizatera miaraka amin'ny hazavana, tsy misy akora fandokoana, mba handrefesana ny famantarana fototra amin'ny TOC, ny ion ary ny spektra.
4. Fepetran'ny fiota tsy miova: atao mitovy amin'ny karazana rehetra ny spektran'ny jiro, ny fikorianan'ny fôtôna, ny mari-pana, ny fampifangaroana, ny oksizenina levona, ny endrika ara-jeometrikan'ny reaktera, ny fifantohan'ny akora fandokoana am-piandohana, ny habetsahan'ny katalizatera, ny pH ary ny tontolo misy ny santionany.
5. Fanasarahana ny akora mivaingana alohan'ny spektroskopia: sivano na ampiasao sentrifizy mba tsy ho raisina ho fitrohana ny fiparitahan'ny hazavana.
6. Spektra feno, fa tsy halavan'onja tokana: asehoy ny fandrefesana manerana ny spektra mba ho hita hatrany ny fifindran'ny tendrony sy ny fehy vaovao.
7. Fanamarinana amin'ny kromatografia ho an'ny fanambarana rehetra momba ny fanimbana simika: fahaverezan'ny akora fototra tsy niova, miaraka amin'ny fanarahana ny vokatra.
8. Fanisana ny karbônina ho an'ny fanambarana rehetra momba ny mineralizasiona: TOC miaraka amin'ny santionany fanaraha-maso tsy misy akora kendrena, ary fanamarinana fa tsy nifindra fotsiny tamin'ilay akora mivaingana ny karbônina noheverina ho nanjavona.
9. Fanamarinana ny fivoahan'ny akora levona: esory tanteraka ny akora mivaingana, amin'ny fitsapana mitovy amin'ny fanivanana mafana, ampiharo hazavana amin'ny ranoka voasivana, ary fakafakao ny metaly levona; raha mitohy ny fiota, dia manondro fandraisan'anjaran'ny singa ao amin'ny dingana iray ihany izany.
10. Fanomezana anarana marina: antsoy hoe fanalana loko ny vokatra amin'ny 664 nm, fanimbana simika ny vokatra amin'ny kromatografia, ary mineralizasiona ny vokatra amin'ny TOC.

Misy fandalinana vao haingana momba ny fôtôreaktera UV-LED mampiaraka ny fitsapana adsorpsiona, ny fanasarahana katalizatera, ny UV-vis ary ny TOC mampiseho ny fomba ampifandraisana ireo ambaratongam-pandrefesana ireo ao anatin'ny fizarana iray momba ny fomba fiasa.

Ohatra voavaha momba ny bilan'ny faobe

Aoka hatao hoe manomboka amin'ny manga metilena 10 mg/L ny andrana 100 mL iray, ka misy akora fandokoana 1.0 mg ao amin'ny reaktera. Aorian'ny fampifandanjana ao anaty haizina, dia 8.0 mg/L ny sanda refesina ao amin'ny vahaolana, izany hoe 0.2 mg no eo amin'ilay akora mivaingana ary 0.8 mg no mbola levona. Aorian'ny fampiharana hazavana mandritra ny adiny iray, ny famakafakana ny vahaolana voasivana amin'ny kromatografia dia manome akora fandokoana tsy niova 2.0 mg/L, izany hoe 0.2 mg ao amin'ny vahaolana. Ny desorpsiona dia ahazoana akora fandokoana tsy niova 0.1 mg avy amin'ilay akora mivaingana, ary ny TOC dia mampiseho fa 40 isan-jaton'ny karbônina organika am-piandohana no niala tamin'ny rafitra mitambatra misy ny vahaolana sy ny akora mivaingana, ka lasa karbônina tsy organika.

Izao ny bilan'ny faobe mifototra amin'ny karbônina: ny karbônina am-piandohana dia mitovy amin'ny akora fandokoana fototra ao amin'ny vahaolana, miampy ny akora fandokoana fototra voaadsorba, miampy ny akora organika mpanelanelana, miampy ny karbônina nandalo mineralizasiona. Eto, 20 isan-jaton'ny faoben'ny akora fandokoana am-piandohana no mbola akora fototra tsy niova, izany hoe 0.2 mg amin'ireo dingana roa mitambatra; 40 isan-jato no nandalo mineralizasiona; ary ny 40 isan-jato ambiny dia vokatra organika avy amin'ny fiovana, izany hoe akora mpanelanelana ao amin'ny vahaolana na eo amin'ilay akora mivaingana, izay hamafisin'ny tendron'ny spektra mifanaraka amin'ny vokatra. Ny tatitra marina dia fanimbana simika 80 isan-jaton'ny akora fandokoana fototra, miaraka amin'ny mineralizasiona 40 isan-jato, fa tsy 95 isan-jaton'ny zavatra iray na inona izany. Mariho ilay fandrika: raha tamin'ny ranoka ambony voasivana ihany no nandrefesana ny TOC, dia ho voaisa ho potika ny akora organika voaadsorba, ka ho tafakatra diso ny tarehimarika momba ny mineralizasiona. Refeso ny karbônina ao amin'ny fangaro manontolo misy ranoka sy akora mivaingana raha azo atao, na ampidiro mazava indray ao amin'ny kajy ny ampahany miraikitra amin'ilay akora mivaingana.

Fitsipika amin'ny fanaovana tatitra

Lazao aloha ny vokatra mitaky porofo faran'izay kely izay tohanan'ny porofonao, ary ampio fanambarana matanjaka kokoa rehefa voamarina ny ambaratongam-pandrefesana tsirairay. Mitovy amin'ny fomba hafa mifototra amin'ny akora fandokoana ny fomba ahazoan'ny asa momba ny fanimbana simika ny manga metilena fitokisana: amin'ny fampifanarahana ny vokatra amin'ny toetra tena refesin'ilay fomba. Ny torolalana fanampiny momba ny famakiana ny fanambaran'ny fikarohana mifototra amin'ny akora fandokoana dia manitatra io fepetra io amin'ny famolavolana fandalinana, ary ny protokola azo ampiharina amin'ny fanamarinana ny fepetran'ny fitsapana dia miresaka fomba fanaovana kalibrasiona azo ampiharina mivantana amin'ny asa mampiasa fôtôreaktera.