Degradazione del Propoxur mediante Electron Beam e foto-ossidazione ossidazione con H 2 O 2 Serena Caminati Salvatore S. Emmi Gabriella Poggi XIV Convegno Nazionale della Società Italiana per le Ricerche sulle Radiazioni (SIRR) 25-27 27 Giugno Trieste -
Problema della qualità delle acque Innalzamento del livello di inquinamento Abuso della risorsa ACQUA
Riciclo e riuso delle acque: Arginare le problematiche dello spreco idrico e adibire nuovamente l acqua l ad usi non potabili: Cicli termici e lavaggi industriali Lavaggio Urbano Irrigazione di aree verdi e parchi Agricoltura Antincendio, etc
Metodi tradizionali per il trattamento delle acque SEDIMENTAZIONE FILTRAZIONE (CARBONE ATTIVO) FLOCCULAZIONE COAGULAZIONE CLORAZIONE (CLORO, IPOCLORITI, BIOSSIDO DI CLORO) BIODEGRADAZIONE (BIODISCHI, FANGHI ATTIVI) SVANTAGGI e LIMITAZIONI (smaltimento degli inquinanti, uso di addittivi chimici, produzione di sottoprodotti inquinanti)
AOPs (Advanced Oxidation Processes) Procedimenti chimici e fisici caratterizzati dalla medesima proprieta : la generazione di radicali idrossilici fortemente ossidanti Electric discharge INQUINANTI O 3 / H 2 O 2 & UV OH Sonolisi Metodi Fenton & Foto- Fenton f Electron beam Catalisi
Fotolisi H 2 O 2 /UV Decomposizione diretta e Indiretta PRX + OH hν Intermedi hν hν H 2 O 2 Mineralizzazione CO 2 + H 2 O + NH - 4
Reattore fotochimico Lampade UV Campione
H 2 O 2 /E-beam H 2 O H + e - aq + OH e - aq + H 2 O 2 HO- + OH e - aq + O 2 O 2 - / HO 2 PRX + OH Intermedi Mineralizzazione CO 2 + H 2 O + NH + 4
Acceleratore di elettroni (LINAC) ISOF-CNR Supporto (PE) Fenditura del fascio di elettroni Campione
Alta Tossicità Propoxur (Baygon ) 2-isopropoxyphenyl methylcarbamate Pesticida largamente usato sia in ambito agricolo sia in ambito domestico Pericoloso Contaminante Acquatico Sostituente carbamico
Radiolisi pulsata e Spettrofotometria Cinetica Luce sonda Acceleratore di elettroni Investigazione del meccanismo di reazione e dei relatvi parametri cinetici. Spettrofotometria in tempo reale che registra istante per istante lo spettro delle specie in evoluzione durante la reazione. Cemento armato di protezione Fotomoltiplicatore Oscilloscopio digitale Campione Monocromatori PC Specchi
Fotolisi & Radiolisi Detected by Laser Flash Photolysis Detected by Pulse Radiolysis hν OH k bim = 7.8 x 10 9 M -1 s -1 0.12 0.10 0.08 A 0.10 0.05 0.00 0.0 2.0x10-6 4.0x10-6 Time (µs) A 0.06 0.04 0.02 0.00 Rif: Sanjuan,, A. et al. Applied Catalysis B: Environmental 25 (2000) 257-265 265 260 280 300 320 340 360 380 λ, nm
Propoxur (Baygon ) Investigazione teorica dell intermedio di transizione OH OH Metodo MP 2/3-21G* L attacco di OH nella posizione IPSO al sostituente carbamico dà luogo alla massima stabilizzazione del prodotto idrossilato radicale
Possibile Intermedio H 3 C O O HN CH 3 O OH C H 3 CH 3 O Isopropylphenyl ether H 3 C C 11 H 15 NO Ref:W. Schwack and G. Kopf,, Z. Lebensm. Unters forsch (1992) 195, 250-253 253 Mineralizzazione Completa del propoxur NO 3 + 25/2 O 2 11 CO 2 + 5 H 2 O + NH 4+ + OH - Ref : M.-C. Lu, J. Environ. Sci. Health, B34(2), 207-223 (1999) HPLC-MS in Progress
TOC (Total Organic Carbon) 45 40 UV-degradation In aria naturale e a temperatura ambiente 1.0 0.8 0.6 Only Propoxur before irradiation after 7 h of UV radiation 35 A 0.4 0.2 TOC (mg/l) 30 25 20 15 10 5 0 90% only propoxur (150 µm) propoxur (150 µm) and H 2 O 2 (10 mm) 0 100 200 300 400 500 time (min) 41% A 0.0 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 300 400 500 λ, nm Propoxur and H 2 O 2 before irradiation after 1 h of UV irradiation 300 400 500 λ, nm
TOC (Total Organic Carbon) Dose rate = 11.684 Gy/min 45 γ-degradation In aria naturale e a temperatura ambiente 1.0 0.8 0.6 Only Propoxur before irradiation after 65 h of gamma irradiation (41,5 kgy) 40 A 0.4 35 0.2 30 0.0 300 400 500 λ, nm TOC (mg/l) 25 20 15 67% 1.0 0.8 0.6 Propoxur and H 2 O 2 before irradiation after 65 h of gamma irradiation (41,5 kgy) 10 5 0 only propoxur (150 µm) propoxur (150 µm) and H 2 O 2 (10 mm) 90% 0 1000 2000 3000 4000 time Dose (min) (Gy( Gy) A 0.4 0.2 0.0 300 400 500 λ, nm
TOC (Total Organic Carbon) TOC (mg/l) 50 40 30 20 10 0 E-Beam degradation In aria naturale e a temperatura ambiente only Propoxur (150 µm) Propoxur (150 µm) and H 2 O 2 (10 mm) 0.0 2.0x10 4 4.0x10 4 6.0x10 4 8.0x10 4 1.0x10 5 1.2x10 5 1.4x10 5 Dose (Gy) 27% 97%
Comparazione della velocità di processo 50 Soluzione acquosa di propoxur (150 µ M ) e H 2 O 2 (10 m M ) 40 degradazione E -beam degradazione U V TOC (mg/l) 30 20 10 90 min 0 0 20 40 60 80 100 90 sec tim e (m in)
Conclusioni Questi studi di base sono necessari per aumentare le conoscenze e favorire lo sviluppo dei vari metodi AOP in particolare della tecnologia Electron beam,, che abbiamo visto essere estremamente efficiente e veloce. In definitiva lo scopo principale è quello di accertare la fattibilità di tecnologie pulite che siano di complemento ai trattamenti tradizionali delle acque o li sostituiscano in caso questi non siano abbastanza efficaci.
GRAZIE PER L ATTENZIONE serena.caminati@isof.cnr.it www.processidiossidazioneavanzata.it www.electronbeam.it