خلاصه
در صورت عدم موفقیت توسط فرآیندهای تصفیه فاضلاب موجود، غلظت کافئین در پساب فاضلاب و مخازن طبیعی به طور مداوم در حال افزایش است. فرآیندهای تصفیه نوری به دلیل پتانسیل آنها برای اکسید شدن و حذف چنین و ترکیبات آلوده کننده مشابه از آبهای تصفیه شده توجه زیادی را به خود جلب می کند. در ادامه کار قبلی ما بر روی سینتیک تخریب نوری کافئین در آب توسط UV/H2O2 و UV / TiO2 ، این کار تاثیر الکترولیت های مختلف از جمله NaCl، KCl، MgCl2 ، NaBr و KBr را بر روی سینتیک UV/H 2 O 2تخریب نوری کافئین، با هدف تخمین کارایی روش در سیستم‌های آب پیچیده‌تر. نتایج نشان می دهد که کارایی واکنش های تخریب نوری UV/H2O2 به شدت تحت تاثیر قدرت یونی و حضور الکترولیت ها در محلول است . در حالی که الکترولیت های کلرید نشان داده شد که بازده فرآیند را در انتظار غلظت آنها بهینه یا کاهش می دهند. وجود تنها NaBr و KBr کاهش فوری راندمان تخریب نوری را نشان می دهد. ضرایب و منحنی‌های سرعت ظاهری تجربی که اثر الکترولیت‌های مختلف را بر سینتیک تخریب نوری کافئین توصیف می‌کنند، ارائه شده‌اند.
کلید واژه ها:
تخریب نوری سینتیک ; کافئین ؛ پراکسید هیدروژن ؛ الکترولیت ها ؛ فاضلاب
چکیده گرافیکی
1. معرفی
کافئین یک ترکیب آلکالوئیدی طبیعی است که به طور گسترده توسط جمعیت جهان مصرف می شود، با میانگین مصرف سرانه روزانه حدود 320 میلی گرم در روز [ 1 ]. بنابراین، به طور گسترده در آب دریا، دریاچه ها و سفره های زیرزمینی در سراسر جهان شناسایی شده است [ 2 ، 3 ، 4 ، 5 ]، در نتیجه نگرانی ها در مورد تأثیر بالقوه آن بر اکوسیستم های طبیعی، و همچنین بر کشاورزی و آبزی پروری افزایش می یابد. چنین نگرانی هایی در کشورهای خشک که در آن آب شیرین کن آشامیدنی به طور منظم مصرف می شود و فاضلاب به طور گسترده ای برای استفاده در کشاورزی بازیافت می شود، تشدید می شود [ 6 ].
با به رسمیت شناختن گسترده کافئین و سایر محصولات دارویی و مراقبت شخصی (PPCPs) به عنوان آلاینده های نوظهور در محیط آبی [ 4 ، 7 ، 8 ، 9 ]، تقاضای فزاینده ای برای ترکیب فناوری های نوآورانه و مکمل تصفیه آب در فاضلاب شهری وجود دارد. -تاسیسات تصفیه، به منظور کاهش حضور آلاینده های نوظهور از پساب های تصفیه شده [ 10 ، 11 ، 12 ]. بنابراین، یک ارزیابی جامع از سینتیک تخریب نوری چنین آلاینده‌هایی و تأثیر احتمالی سایر اجزاء در محلول برای بهینه‌سازی و مقیاس‌پذیری فناوری‌های نوظهور بسیار مهم است.
فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته (AOP) به عنوان “آنهایی که شامل تولید رادیکال های هیدروکسیل به مقدار کافی برای تاثیر بر تصفیه آب هستند” تعریف می شوند [ 13 ]. AOPها شامل چندین فرآیند کاتالیزوری یا غیرکاتالیستی هستند که بدون توجه به نحوه تولید این رادیکال از ظرفیت اکسیداسیون بالای چنین رادیکال‌هایی بهره می‌برند [ 9 ]. تحقیقات در مورد فرآیندهای AOP به طور مداوم افزایش می یابد [ 14 ]. بسیاری از فرآیندها و فناوری‌های AOP در حال توسعه و ارزیابی هستند تا با حذف کارآمد آلاینده‌ها با حداقل تشکیل محصولات جانبی خطرناک مقابله کنند [ 15 ، 16 ، 17 ، 18 ، 19 ، 20 ]. در مطالعه قبلی ما [21 ]، ما به طور تجربی سینتیک تخریب محلول های کافئین خالص را با ابزار UV/H2O2 ارزیابی کردیم و قوانین سرعت تجربی و نظری جدیدی را ایجاد کردیم که سینتیک تخریب را در دوزهای مختلف UV-C (1.9-15.2 mJ cm- 2 s-) توصیف می کند . 1 ، λ = 254 نانومتر).
علیرغم پیشرفت‌های بزرگ در این زمینه، نگرانی‌های فزاینده‌ای در مورد کارایی و توانایی فرآیندهای AOP به طور کلی، و روشها و فناوری‌های تخریب نوری UV/H2O2 برای مقابله با تصفیه‌های آب در مقیاس بزرگ که شامل محلول‌هایی مانند آب نمک، آب دریا و معمولی است، وجود دارد .
فاضلاب این راه‌حل‌ها ممکن است فناوری‌های تخریب را به چالش بکشند
زیرا شامل نمک‌های معدنی، بارهای آلی بزرگ و ذرات جامد می‌شوند که ممکن است به‌طور قابل‌توجهی نحوه وقوع واکنش‌های تخریب را تغییر دهند [22 ، 23 ، 24 ، 25 ، 26 ، 27 ]]. به عنوان مثال، نشان داده شد که یون های کلرید، نیترات، پرکلرات و سولفات به طور قابل توجهی بر اکسیداسیون ترکیبات آلی توسط فرآیند فنتون که در تاریکی انجام می شود، تأثیر می گذارند [ 28 ]. علاوه بر این، فرآیندهای AOP ممکن است منجر به تشکیل ترکیبات هالوژنه خطرناک شوند [ 29 ]. بنابراین، چنین راه حل هایی عمدتاً اجتناب می شود زیرا پیچیدگی آنها ممکن است چالش های فنی و همچنین موانعی را در تفسیر نتایج تجربی تحمیل کند. بنابراین، کمپلکس‌تر شدن تدریجی راه‌حل‌های تجربی ممکن است این شکاف را پر کند.
با هدف تخمین کارایی روش تخریب نوری UV/H2O2 در سیستم‌های آب پیچیده‌تر، کار تجربی خود را با معرفی الکترولیت‌های مختلف به محلول کافئین گسترش دادیم . سینتیک تجزیه نوری کافئین در محلول‌های حاوی غلظت‌های مختلف NaCl، KCl، MgCl2 ، NaBr و KBr مورد ارزیابی قرار گرفت. یافته های این کار ممکن است به عنوان یک راهنمای اولیه برای تحقیقات آینده و ارزیابی درمان های UV/H2O2 در محلول های پیچیده تر مورد استفاده قرار گیرد .
2. نتایج و بحث
2.1. تجزیه نوری کافئین در حضور الکترولیت های NaCl، KCl و MgCl2
تجزیه نوری کافئین به عنوان تابعی از غلظت NaCl، KCl و MgCl 2 در شکل 1 ارائه شده است . نمودار قرمز علامت گذاری شده در همه پانل ها نتایج تجربی یک آزمایش بدون الکترولیت را نشان می دهد (که بیشتر به عنوان “خط پایه” نامیده می شود)، نمودارهای به دست آمده در بالا و پایین “خط پایه” نشان می دهد که به ترتیب دارای سینتیک کندتر یا سریع تر هستند. توجه داشته باشید که تمام نتایج تجربی در شکل 1 ترسیم نشده است; از آنجایی که نتایج در محدوده 1-100 میلی‌مولار NaCl و 1-50 میلی‌مولار KCl تمایل به داشتن ضرایب نرخ مشابه (در محدوده عدم قطعیت) دارند، نتایج آنها با هم همپوشانی دارند و بنابراین، با یک آزمایش نماینده منفرد در هر نمودار نشان داده می‌شوند. آزمایش‌ها نرخ حذف 95-80 درصد را نشان می‌دهند (تخریب بیشتر به دلیل محدودیت‌های تحلیلی ارزیابی نشد).
روند تخریب نوری به خوبی با سینتیک شبه مرتبه صفر مطابقت دارد ( پیوست A ) همانطور که با کاهش خطی غلظت نسبی A با زمان نشان داده شده است (معادله (A1)).
در مقایسه با “خط پایه”، برنامه ضریب نرخ ظاهری kدر آزمایش‌هایی با غلظت الکترولیت‌های بسیار کم (<50 میلی‌مولار برای KCl و کمتر از 100 میلی‌مولار برای NaCl) به نظر می‌رسد پایدار باشد (در عدم قطعیت‌ها) با افزایش کمی راندمان بالاتر، زیرا می‌توان آن را با کاهش زمان نیمه‌عمر اندازه‌گیری کرد (همانطور که مشاهده می‌شود. در شکل 1 ) از حدود 8 تا 5-7 دقیقه. هر ضریب نرخ به ترتیب افزایش میانگین 31%، 27% و 39% را نشان می‌دهد ( شکل 2 )، در حالی که در آزمایش‌هایی با غلظت‌های بالاتر، نشان‌دهنده کاهش لگاریتمی است.
در نتیجه، در آن آزمایش‌ها (بیش از 0.5 مولار NaCl و KCl)، ضریب سرعت ظاهری به زیر «خط پایه» کاهش می‌یابد که منجر به سرعت واکنش کندتر می‌شود.
زمان نیمه عمر تا 15 دقیقه برای NaCl و حتی 20 دقیقه برای KCl افزایش می یابد ( شکل 1 ). یک استثنا در آزمایش با MgCl به دست آمد2 ، که در آن نرخ واکنش در غلظت‌های تا 0.5 مولار بالاتر از «خط پایه» باقی ماند ( شکل 3 )، که حداکثر غلظت آزمایش‌شده برای آن الکترولیت بود. توجه داشته باشید که به دلیل کمبود داده‌های کافی، رگرسیون آزمایش‌های MgCl 2 تنها به صورت تقریبی است و هیچ معادله‌ای ارائه نشده است.
بهبود تجزیه نوری در غلظت‌های پایین کلرید سدیم و پتاسیم، همراه با کاهش کارایی در غلظت‌های بالاتر، با سایر یافته‌های اخیر که نرخ تخریب نوری را در حضور غلظت‌های پایین الکترولیت‌ها گزارش کرده‌اند، مرتبط است [24 ، 25 ، 26 ] . MgCl 2 رفتار متفاوتی دارد، با راندمان بهبود یافته در 0.1 M و در 0.5 M ثابت باقی می ماند.
لانزافام و همکاران ( 2017 ) نرخ تخریب نوری بالاتری را در حین تجزیه متیل آنترانیلات در حضور غلظت کم NaCl (0.1 M) گزارش کرد و توضیح احتمالی را برای این پدیده‌ها، بر اساس تمایل کلرید برای تسریع تخریب نور UV/H2O2 پیشنهاد کرد .
واکنش‌ها با حذف رادیکال‌های ·HO و تولید رادیکال‌های «واکنش‌پذیرتر» Cl 2- همانطور که در مسیر واکنش زیر توضیح داده شده است (معادلات (1) – (3)) [ 24 ]:
HO + Cl – ↔ HOCl – [K eq,1 = 0.70 M -1 ]،
HOCl – · + H + ↔ H 2 O + Cl · [K معادله، 2 = 1.6 × 10 7 M -1 ]،
Cl·+ Cl – ↔ Cl 2 – [K eq, 3 = 1.9 × 10 5 M -1 ].
باید در نظر گرفت که مکانیسم پیشنهادی لانزافام و همکاران (2017) غلظت رادیکال‌های هیدروکسیل را در محلول کاهش می‌دهد، بنابراین گاهی اوقات ممکن است کارایی فرآیند را کاهش دهد اگر محصول نتیجه فرآیند (Cl2- ) در تخریب ترکیب آزمایش شده کمتر کارآمد است. اما محققین مذکور استنباط کردند که راندمان تخریب محصول بیشتر از ·HO است.
علیرغم تأثیر مثبت احتمالی Cl- ممکن است بر روی نرخ تخریب نوری داشته باشد، نرخ‌های کندتر در آزمایش‌هایی با غلظت‌های کلرید بالا (0.5، 1 و 3 M) اندازه‌گیری شد. به منظور تعیین غلظت بهینه الکترولیت برای حداکثر کارایی و حداقل نیمه عمر، یک مطالعه ادامه‌دار شامل نقاط داده‌های تجربی اضافی در محدوده 0.1-1 M نمک‌های کلرید مورد نیاز است. چنین مطالعه ای ممکن است به روشن شدن مسیر تخریب کامل کمک کند.
به عنوان یک فرض اولیه، ما فرض می کنیم که تأثیر مثبت بر نرخ تخریب نوری نسبت داده شده به رادیکال های کلر تازه تشکیل شده ممکن است در آزمایشات غلظت الکترولیت بالا (> 0.5 M) توسط سایر تأثیرات احتمالی مربوط به قدرت یونی بسیار بالا مانع شود. در چنین شرایطی ضریب فعالیت گونه در محلول به مقادیر نسبتاً بالایی می رسد. به عنوان مثال، ضرایب فعالیت Cl- و Na + از 0.077 به 0.644 و از 0.079 به 0.781 افزایش می یابد، زمانی که غلظت محلول از 0.1 و 1 M برای NaCl و KCl به ترتیب افزایش می یابد (محاسبه شده با استفاده از Phreeqc v.3، USGS، USA [30] ) . ). بنابراین، تأثیر احتمالی چنین تغییراتی بر فرآیندهای شیمیایی کلی، از جمله تخریب نوری را نمی توان رد کرد.
تأثیر احتمالی کاتیون‌های مختلف نیز نامشخص است. با مقایسه آزمایش‌ها با غلظت‌های بالاتر از 100 میلی‌مولار KCl و NaCl، روندهای مشابهی را می‌توان مشاهده کرد اما با نرخ‌های تخریب متفاوت ( شکل 3 ).
از طرف دیگر، Mg 2 + رفتار بسیار پایداری نسبت به کاتیون های تک ظرفیتی دارد، حتی اگر هر مول MgCl 2 دو برابر مول Cl- از Mg 2 + است . به طور کلی، به نظر می رسد که Mg 2+ اثری کاملاً متفاوت از مشاهده شده با Na + یا K + دارد . همچنین می توان مشاهده کرد که Mg 2+ تمایل به افزایش سرعت واکنش و کاهش زمان لازم برای تخریب دارد ( شکل 1 را ببینید.ج). چنین تفاوت‌هایی ممکن است مربوط به برهمکنش‌های خاص یا پوسته‌های هیدراتاسیون متفاوت باشد، با این حال، مطالعات بیشتری برای روشن شدن کامل اثر احتمالی هر کاتیون خاص (K + , Na + و Mg 2 + ) بر سینتیک تخریب نوری و تحقیقات مورد نیاز است. در مکانیزم های تخریب کامل مورد نیاز است.
2.2. تجزیه نوری کافئین در حضور الکترولیت های KBr و NaBr
حضور الکترولیت‌های KBr و NaBr تأثیر شدیدی بر نرخ تخریب نوری کافئین داشت، زیرا ضریب سرعت ظاهری در حضور غلظت بسیار کم تقریباً 1 میلی‌مولار KBr یا NaBr بیش از 40 درصد کاهش یافت (شکل 2 ) . هر دو نمک برمید از روند تخریب مشابهی پیروی می کنند، به این معنی که آنیون Br- مسئول اثر مشاهده شده است. مشابه سایر الکترولیت‌های مورد بحث، ضریب سرعت ظاهری به صورت لگاریتمی با افزایش غلظت کاهش یافت. ضریب سرعت ظاهری به عنوان تابعی از غلظت کم NaBr (<10 میلی مولار) در حضور غلظت های مختلف H 2 O 2 در شکل 4 و شکل 5 نشان داده شده است.. همانطور که قبلا دیده شد، نتایج نشان می دهد کاهش قابل توجهی در سرعت تجزیه نوری کافئین، در حالی که NaBr به محلول وارد می شود.
این کاهش شدید در سرعت تجزیه نوری را می توان با دو واکنش تجزیه-واکنش رقابتی H2O2 که به طور همزمان در محلول انجام می شود توضیح داد : ( الف) تجزیه فوتوکاتالیستی، که با تجزیه H2O2 با تابش UVC، رادیکال های OH ایجاد می کند ( معادله (4))؛ (ب) کاتالیز Br- که در آن Br- به عنوان یک کاتالیزور در واکنش تجزیه H 2 O 2 در محلول عمل می کند و H 2 O 2 را به H 2 O و O 2 تبدیل می کند (معادلات (5) و (6) ) [ 31 ].
H 2 O 2 + hv → 2·OH،
H 2 O 2 + 2Br – + 2H + → Br 2 + 2H 2 O،
Br 2 + H 2 O 2 → 2Br – + 2H + + O 2 .
به نظر می‌رسد که واکنش کاتالیستی Br- دارای سینتیک بسیار سریع‌تری نسبت به واکنش فوتوکاتالیستی است که منجر به غلظت کم رادیکال‌های ·OH می‌شود که جزء ضروری در هر فرآیند تخریب هستند . بنابراین، ورود هر Br- به سیستم ممکن است در نهایت مانع از انجام واکنش تخریب فوتوکاتالیستی مطابق انتظار شود.
تقویت بیشتر این نتیجه را می توان در شکل 5 مشاهده کرد که در آن آزمایشات با غلظت های بالاتر H 2 O 2 راندمان تخریب بالاتری دارند و ثابت می کند که فقدان رادیکال های ·OH ممکن است دلیل کاهش بازده تخریب نوری باشد.
ظاهراً pH باید تأثیر مستقیمی بر تجزیه H 2 O 2 کاتالیز شده توسط Br- داشته باشد
زیرا پروتون ها مطابق با رابطه (5) واکنش نشان می دهند، اما محصول معادله (6) هستند. غلظت کل آنها بدون تغییر باقی می ماند و تأثیر آنها عمدتاً بر سرعت تجزیه H 2 O 2 است که در مقادیر pH بسیار پایین افزایش می یابد [ 31 ]. با این حال، همانطور که در مطالعه ما نشان داده شده است، حتی در pH خنثی نیز قابل توجه است.
شکل 4 و شکل 5 ضرایب نرخ ظاهری محاسبه شده را برای معادله (A1) بر اساس یک فرآیند مرتبه شبه صفر نشان می دهد، زیرا چنین ترتیبی تناسب نسبتاً خوبی برای همه آزمایش ها به دست می دهد. جدول A1 در ضمیمه B ضرایب نرخ ظاهری و معادلات تجربی برای هر مرتبه و پارامترهای برازش R2 نسبی آنها را نشان می دهد.
مشاهده می شود که در غلظت های بالای NaBr ( جدول A2 را ببینید )، تناسب با مرتبه شبه صفر کاهش می یابد و تناسب کمی بهتر (بر حسب R2 ) با واکنش شبه اول و حتی مرتبه دوم مشاهده می شود. . ما فرض می‌کنیم که اگر آن تفاوت‌های جزئی نشان‌دهنده اثرات واقعی باشد، این ممکن است به این واقعیت نسبت داده شود که با افزایش غلظت برم، تأثیر بر تجزیه H2O2 روند کلی را تغییر می‌دهد و تأثیر غلظت کافئین را قابل توجه‌تر می‌کند. چنین تغییراتی در ترتیب فرآیند تنها با یافتن مجموعه کاملی از مراحل اولیه برای کل فرآیند، همانطور که در گذشته برای فرآیندهایی مانند Michaelis-Menten، Lindeman-Hindelwood، یا حتی مطالعه قبلی ما ارائه شده بود، کاملاً روشن می شود].
3. مواد و روشها
سینتیک تخریب کافئین در حضور الکترولیت‌های مختلف با انجام یک سری آزمایشات دسته‌ای در یک راکتور محفظه فتوشیمیایی کوچک به دنبال همان روشی که قبلاً در Rendel و Rytwo، (2020) شرح داده شد، ارزیابی شد [21 ] . محلول های الکترولیت با غلظت های 1.0 میلی مولار تا 3.0 مولار با مخلوط کردن نمک های مربوطه آنها (سیگما آلدریچ، سنت لوئیس، MI، ایالات متحده آمریکا) با آب دیونیزه تهیه شد. محلول‌های نهایی حاوی کافئین و الکترولیت‌های مختلف در معرض تابش UV-C (طول موج 254 نانومتر و شدت 15.2 mJ cm – 2s -1 ) در حضور 81.5 میکرومول L -1 (2.77 میلی‌گرم L -1 ) H2 قرار گرفتند . O 2عامل اکسیداسیون (Merck، Darmstadt، آلمان). یک استثنا در آزمایش‌ها با NaBr انجام شد که غلظت H2O2 در محدوده 16.3-163 میکرومول در لیتر (0.55-5.54 میلی‌گرم L -1 ) متغیر بود. یک طرح آزمایشی دقیق در جدول 1 ارائه شده است .
راه اندازی آزمایشی
واکنش تخریب در یک راکتور محفظه‌ای فتوشیمیایی Rayonet RMR-600 (Southern New England Ultraviolet Company، برانفورد، CT، ایالات متحده آمریکا) انجام شد و به‌طور دوره‌ای برای اندازه‌گیری غلظت کافئین با طیف‌سنجی UV-VIS در یک آرایه دیود 8452A با طیف‌سنج 306 C نمونه‌برداری شد. نرم افزار (Hewlett Packard Palo Alto, Ca, USA). پیروی از همان پروتکل شرح داده شده در مرجع [ 21 ]. عدم قطعیت اندازه گیری ها کمتر از 3 درصد برآورد شد.
4. خلاصه و نتیجه گیری
با توجه به اینکه ترکیبات موجود در آب های تصفیه شده برای ارزیابی دقیق کارایی فرآیندهای AOP بسیار مهم هستند، این مطالعه یک کار تجربی را ارائه می دهد که برای روشن کردن اثر الکترولیت ها بر فرآیند تخریب فوتوکاتالیستی، با استفاده از کافئین به عنوان نماینده ماده PPCPs که محیط آبی را آلوده می کند، انجام شده است. کار تجربی بر روی اثر ناشی از حضور غلظت‌های مختلف الکترولیت‌های کلرید و برومید در محلول‌های کافئین متمرکز بود که در یک راکتور فوتوکاتالیستی در حضور H2O2 واکنش می‌دهند . در مورد الکترولیت های کلرید نسبتا کم، نتایج ( شکل 2نشان می دهد که ضریب سرعت ظاهری (همانطور که در رابطه (A1) ارائه شده است) افزایش یافته است، در حالی که در غلظت های بالاتر الکترولیت ، کاهش kapp در حضور کاتیون های تک ظرفیتی مشاهده می شود، در حالی که برای یک کاتیون دو ظرفیتی (Mg 2+ ) این کاهش می یابد. اثر دیده نشد نتایج همانطور که در شکل 3 ارائه شده است تطابق خوبی را با معادلات رگرسیون نشان می دهد که به طور تجربی بین ضریب ظاهری و غلظت الکترولیت همبستگی دارند. چنین منحنی تجربی ممکن است در ترکیب با قوانین شبه نرخ (به عنوان معادله (A1)) برای ارائه ارزیابی فرآیندهای تخریب نوری در غلظت های مختلف الکترولیت در محدوده 0.1-3 M استفاده شود.
این مطالعه شواهد بیشتری در مورد نقش حیاتی الکترولیت‌ها ارائه می‌کند، چه در ایجاد رادیکال‌های بالقوه که به تسریع یا مهار واکنش تخریب (مانند Cl-) یا در “خاموش کردن” کامل تخریب (مانند موارد زیر) کمک می‌کنند . Br − ).
در مورد الکترولیت های کلرید، هیچ توضیح واضحی برای تفاوت در کارایی به عنوان تابعی از غلظت کلر یافت نشد ، اگرچه ممکن است فرض شود که کاهش کلی سرعت واکنش در غلظت های بالای نمک ممکن است به اثرات قدرت یونی مرتبط باشد. همانطور که در مورد KCl و NaCl نشان داده شده است، روی ضرایب فعالیت، تشکیل گونه های دیگر، یا تأثیر کاتیون های خاص در ماتریس محلول. می توان نتیجه گرفت که آب هایی با حداکثر 100 میلی مولار الکترولیت کلریدی پاسخ خوبی به تیمارهای تخریب فوتوکاتالیستی دارند، اما کاهش احتمالی در راندمان فرآیند ممکن است در غلظت های بالاتر مشاهده شود. از طرف دیگر، MgCl 2 اثر مثبت کلی بر روی نرخ واکنش تخریب نوری دارد.شکل 3 ). اگر ثابت شود که اثر برای موارد دیگر واقعی است، این الکترولیت ممکن است به عنوان یک افزودنی بالقوه برای تسریع واکنش های تخریب نوری در نظر گرفته شود. با این حال، برای درک کامل اینکه آیا این اثر خاصی از Mg 2+ است یا اینکه کاتیون های دو ظرفیتی دیگر (به عنوان Ca2 + ) یا حتی سه ظرفیتی (Y3 + , La3 + ) به طور مشابه عمل می کنند به طور کامل درک می شود که واقعاً به طور کامل درک شود. .
همانطور که در بالا ذکر شد، برای الکترولیت‌های برومیدی، اندازه‌گیری‌ها کاهش شدید سرعت واکنش را حتی در غلظت‌های بسیار کم الکترولیت نشان می‌دهد، که به طور کامل در فرآیند تخریب نوری در حضور بیش از 1 میلی‌مولار Br-، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است ، تداخل دارد . با توجه به مطالعات انجام شده در مورد تجزیه سریع کاتالیزوری H2O2 توسط یون های Br- در محلول [ 31 ]، که منجر به کاهش پتانسیل اکسیداسیون به دلیل کمبود رادیکال های ·OH ایجاد شده توسط برهمکنش با اشعه UVC می توان نتیجه گرفت که حتی در غلظت های پایین Br- در محلول (چه در آب طبیعی و چه در پساب های صنعتی) UV/Hاز فرآیندهای تخریب 2 O 2 باید به طور کامل اجتناب شود.
به طور خلاصه، این کار یک رابطه تجربی بین حضور الکترولیت‌های مختلف و تأثیر آنها بر میزان تخریب کافئین و همچنین برخی فرضیه‌های اولیه در مورد دلایل احتمالی منجر به این تغییرات را نشان می‌دهد. نتایج ارائه شده و همچنین معادلات ضرایب ظاهری همراه با قانون شبه نرخ معادله (A1) می تواند به عنوان یک دستورالعمل اولیه برای ارزیابی اثر بالقوه الکترولیت های محلول در تصفیه آب و پساب بر اساس UV/H2 مورد استفاده قرار گیرد . فناوری های O 2 .
مشارکت های نویسنده
PMR، آزمایش‌ها را طراحی و اجرا کرد، مدل‌ها را استخراج کرد و داده‌ها را تجزیه و تحلیل کرد و نسخه خطی را با ورودی‌های GR نوشت، که تنظیمات آزمایشی را طراحی کرد و بر پروژه نظارت داشت. همه نویسندگان نسخه منتشر شده نسخه خطی را خوانده و با آن موافقت کرده اند.
منابع مالی
این تحقیق توسط کمک مالی داخلی MIGAL حمایت شد.
قدردانی
مایلیم از J. Borzenko و C. Michaeli برای کمک های فنی آنها و از سردبیران مهمان این شماره ویژه برای توجه آنها، José Rivera-Utrilla، María V. López-Ramón و Manuel Sánchez-Polo تشکر کنیم. همچنین مایلیم از بررسی دقیق و روشنگرانه انجام شده توسط سردبیر و داوران ناشناس تشکر و قدردانی کنیم.
تضاد علاقه
نویسندگان هیچ تضاد منافع را اعلام نمی کنند.
پیوست اول
محاسبات ضریب نرخ ظاهری
تجزیه کافئین را می توان با یک قانون سرعت ساده تعریف کرد در حالی که تمام پارامترها (به عنوان مثال، غلظت عامل تخریب، سرعت تابش، دما و غیره) را ثابت در نظر گرفت:
�=د[سی]دتی=کآپپ[سی]�آپپ،
جایی که�سرعت واکنش، k app ضریب سرعت ظاهری، C غلظت کافئین و n برنامه ترتیب ظاهری یا “شبه” واکنش است. n برنامه را می توان به صورت تجربی پیدا کرد و به مکانیزمی که فرآیند در آن رخ می دهد مربوط می شود. اصطلاح “شبه” معمولاً برای تصدیق این واقعیت استفاده می شود که تمام پارامترهای تأثیرگذار دیگر (عامل تخریب، دما، نور و غیره) ثابت نگه داشته شدند، یا در واقع (مانند کاتالیزورها) یا به طور مجازی (غلظت اولیه آنها آنقدر زیاد بود که تغییر در غلظت ناچیز بود [ 32 ].
برای ساده کردن محاسبات و امکان مقایسه بین پارامترها در مکانیسم های مختلف واکنش، “غلظت نسبی در زمان t” ( A ) به عنوان Ct / C 0 (نسبت غلظت واقعی به اولیه) تعریف شد . بنابراین A 0 = 1. از آنجایی که A بدون بعد است، هیچ یک از پارامترها واحد غلظت نداشتند. این راحت است زیرا ضرایب جنبشی ظاهری را به دست می دهد که همیشه در هر زمان دارای ابعاد هستند، صرف نظر از ترتیب فرآیند [ 16 ]. قوانین نرخ ویژه برای شبه صفر و سینتیک مرتبه اول در پیوست B در Rendel و Rytwo، (2020) [ 21 ] نشان داده شده است.