鉄(III)含浸NドープTiO/亜硫酸/可視LEDプロセスを用いたジフェナミドの光分解。廃水マトリックスの影響,速度論的モデル化,毒性評価

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Chemosphere.2020 Oct;256:127094. S0045-6535(20)31287-X. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127094.Epub 2020-05-17.

鉄(III)含浸NドープTiO/亜硫酸/可視LEDプロセスを用いたジフェナミドの光分解。廃水マトリックスの影響,速度論的モデル化,毒性評価

Diphenamid photodegradation using Fe(III) impregnated N-doped TiO/sulfite/visible LED process: Influence of wastewater matrix, kinetic modeling, and toxicity evaluation.

Amal Abdelhaleem
Wei Chu
Shazia Farzana

PMID: 32559888 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.127094.

抄録

近年、反応性ラジカルの発生を利用した有機汚染物質の処理技術として、亜硫酸塩系光触媒が有望視されている。本研究では，モデル有機汚染物質であるジフェナミド（DPA）の存在下で，Fe含浸NドープTiO（FeN-TiO）/亜硫酸塩/可視LED（Vis LED）プロセスにおいて，廃水マトリックス成分の影響と毒性評価を系統的に検討した．その結果、HCO, SO, NO, Fの存在はDPAの分解に有害な影響を与えないことがわかった。逆に、Cr(VI), NO, Cl, Brの存在は、より強いリターデーション効果をもたらした。フミン酸（HA）などの天然有機物の効果は、通常の濃度では不活性であった。興味深いことに、無機イオンのリターデーション効果は、DPAの減衰（一次運動定数）とイオン種の濃度との間の線形相関に基づいて、任意のイオン濃度で定量することができる。藻類であるSynechocystis sp., Microcystis flos-aquae, Nostoc sp.を対象とした毒性試験の結果、処理時間240分で高い毒性が認められたが、Microcystis flos-aquaeを除く全ての藻類で処理時間を延長すると毒性が低下することがわかった。さらに、中間体の進化プロファイルに応じて中間体の蓄積を予測するための新しい二相数理モデルを提案することに成功した。

Sulfite-based photocatalysis has been recently employed as a promising technology for the treatment of organic pollutants via the generation of reactive radicals. In this contribution, the effect of wastewater matrix constituents and toxicity evaluation were systematically investigated in the Fe impregnated N-doped TiO (FeN-TiO)/sulfite/visible LED (Vis LED) process in the presence of diphenamid (DPA) as a model organic pollutant. The results showed that the presence of HCO, SO, NO, and F had no detrimental effect on DPA degradation. Conversely, the presence of Cr(VI), NO, Cl, and Br caused a stronger retardation effect. The effect of natural organic matter such as humic acid (HA) was inert at normal concentrations. Interestingly, the retardation effect of inorganic ions can be quantified at any given ion concentration based on the linear correlations between the DPA decay (first-order kinetic constants) and concentration of ion species. Toxicity tests on Synechocystis sp., Microcystis flos-aquae, and Nostoc sp. algae revealed that higher toxicity was noticed at 240 min treatment time accompanied by lower toxicity with prolonging the treatment time for all selected algae except for Microcystis flos-aquae. In addition, novel two-phase mathematical models were successfully proposed to predict the accumulation of intermediates depending on their evolution profile.