DEGRADÁCIA VYBRANÝCH TYPOV CYKLICKÝCH SILOXÁNOV AKO POTENCIÁLNY ZDROJ ZNEČISTENIA ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA

Význam tématu

Siloxany patří mezi odolné organosilikonové sloučeniny s širokým průmyslovým využitím. Jejich bioakumulace ve vodním a atmosférickém prostředí může vést k ekologickým rizikům, včetně potenciálního karcinogenního účinku a kontaminace bioplynu či emisí z odpadních zařízení.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na hodnocení možnosti účinné eliminace dvou nejčastějších cyklických siloxanů – oktametylcyklotetrasiloxanu (D4) a dekametylcyklopentasiloxanu (D5) – za použití Fentonovy reakce pod laboratorními podmínkami.

Použitá instrumentace

• Gas chromatograf Varian Saturn 2100T v kombinaci s hmotnostním spektrometrem (iontová pasce)
• Automatický autosampler Varian CP-8410
• Injektor Varian type 1177 (split/splitless, 290 °C)
• Chromatografická kolona EZ-Guard VF-5 (30 m × 0,25 mm × 0,39 mm) s 10 m předkolonou
• Nosič: helium 6.0, 1,0 ml·min⁻¹

Metodika

300 ml roztoku obsahujícího 75 mg·l⁻¹ D4 a 55 mg·l⁻¹ D5 bylo upraveno na pH 3 (H₂SO₄) a přidáno 0,2 g FeSO₄·7H₂O a 0,8 ml 30% H₂O₂. Reakce probíhala 60 min při 300 ot·min⁻¹. Po neutralizaci NaOH na pH 7 se vzorek filtroval, extrahoval hexánem (30 ml), koncentroval na 1 ml a analyzoval GC-MS.

Hlavní výsledky a diskuse

Fentonova reakce dosáhla degradace D4 na 99,8 % a D5 na 99,5 %. Hlavními identifikovanými produkty rozkladu byly hexametylcyklotrisiloxan (D3) a hexametyldisiloxan (L2), doprovázené nízkomolekulovými fragmenty. Vysoká účinnost je přičítána silným oxidačním vlastnostem hydroxylových radikálů. Studie naznačuje, že proces může probíhat i v přírodních podmínkách, kde mikroorganismy generují podobné radikály.

Přínosy a praktické využití metody

Fentonova reakce nabízí jednodušší a finančně méně náročné řešení ve srovnání s tradičními technologiemi (adsorpce na aktivním uhlí, molekulová síta, chlazení, membránové separace). Nízká energetická náročnost a možnost provozu v dávkovém i průtokovém režimu umožňují integraci před kogenerační jednotky i úpravny odpadních vod.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další výzkum se může zaměřit na škálování procesu pro průmyslové aplikace a využití biologických systémů schopných generovat hydroxylové radikály in situ. Kombinace Fentonovy reakce s fotokatalýzou či membránovými technologiemi by mohla zvýšit selektivitu a snížit vznik sekundárních znečišťujících látek.

Závěr

Fentonova reakce prokázala v laboratorních podmínkách téměř úplnou degradaci cyklických siloxanů D4 a D5 s minimálním vznikem vysoce recyklovatelných meziproduktů. Díky své jednoduchosti a nízkým nákladům se jeví jako perspektivní technologie pro odstranění siloxanů z bioplynu a odpadních vod.

Reference

1. Mackuľak T.: Dizertační práce, FCHPT STU Bratislava 2011
2. Kierkegaard A., McLachlan M. S.: J. Chromatogr. A 1217, 3557 (2010)
3. McLachlan M. S. a kol.: Environ. Sci. Technol. 44, 5365 (2010)
4. Straka F. a kol.: Bioplyn. GAS s.r.o., Praha 2006
5. Ajhar M. a kol.: Bioresour. Technol. 101, 2913 (2010)
6. Piechota G. a kol.: Bioresour. Technol. 103, 16 (2012)
7. Pitter P.: Hydrochemie, 3. vydání, VŠCHT Praha 1999
8. Fenton H. J. H.: J. Chem. Soc. 65, 899 (1894)
9. Dewil R., Appels L., Baeyens J.: Energy Convers. Manage. 47, 1711 (2006)
10. Prousek J.: Pure Appl. Chem. 79, 2325 (2007)