Ați solicitat o traducere automată a conținutului selectat din bazele noastre de date. Această funcționalitate este furnizată exclusiv pentru confortul dvs. și nu este în niciun caz menită să înlocuiască traducerea umană. Nici SPIE, nici proprietarii și editorii de conținut nu fac, și ei resping în mod explicit, orice declarații sau garanții exprese sau implicite de orice fel, inclusiv, fără limitare, declarații și garanții cu privire la funcționalitatea funcției de traducere sau acuratețea sau completitudinea traducerile.

analiza

Traducerile nu sunt păstrate în sistemul nostru. Utilizarea de către dumneavoastră a acestei caracteristici și a traducerilor este supusă tuturor restricțiilor de utilizare conținute în Termenii și condițiile de utilizare ale site-ului web SPIE.

11 decembrie 2019

Analiza fluorescenței fotolizei bisfenolului A sub expunere la excilampuri

E. N. Bocharnikova, 1 O. N. Tchaikovskaya, 1 V. S. Chaidonova, 1 J. Gomez, 2 M. Gomez, 2 M. Murcia 2

1 Tomsk State Univ. (Federația Rusă)
2 Univ. de Murcia (Spania)

Proceedings Volume 11322, XIV Conferință internațională cu laserele pulsate și aplicațiile laser; 1132206 (2019) https://doi.org/10.1117/12.2554957
Eveniment: XIV Conferință internațională cu laser pulsat și aplicații laser (AMPL-2019), 2019, Tomsk, Federația Rusă

SALVAȚI LA BIBLIOTECA MEA

CUMPĂRAȚI ACEST CONȚINUT

ABONAȚI-VĂ LA BIBLIOTECA DIGITALĂ

50 de descărcări pe abonament de 1 an

25 de descărcări pe abonament de 1 an

CUMPĂRAȚI UN ARTICOL UNIC

Include PDF, HTML și video, atunci când sunt disponibile

Se investighează influența lungimii de undă de iradiere asupra degradării Bisfenolului A (BPA) în apă sub acțiunea radiației excilampe KrCl și XeBr într-un fotoreactor. Se construiesc fotoproduse fluorescente de fotodegradare a moleculei investigate. În lucrare sunt definite fotoprodusele fluorescente. Într-o stare excitată BPA există într-o formă dimerică la o concentrație de peste 0,1 mM. După excitația cu un excilamp, principalul fotoprodus BPA fluoresc în zona de 420 nm. Acest comportament se explică prin faptul că acțiunea radiației de 222 nm duce la acumularea unui fotoprodus stabil. Acest produs este distrus, precum și BPA după 120 de minute de expunere. Sub acțiunea radiației excilamp XeBr se formează un produs foarte stabil cu fluorescență la 380 nm. Pentru a stabili mecanismul fotolizei BPA, produsul utilizând spectrometria cromatomă este necesară cercetări suplimentare.

INTRODUCERE

Bisfenolul A (4,4 '- (propan-2,2-diil) difenol) este un compus chimic cu două grupări funcționale fenol utilizate pe scară largă ca monomer pentru producția de rășini epoxidice și policarbonat, rășini poliester-stiren nesaturate și ignifug . Formula structurală a moleculei este prezentată în Fig. 1. BPA este recunoscut ca unul dintre cei mai răspândiți și periculoși pentru mediu micro-poluanți cu activitate endocrină și cancerigenă [1].

figura 1.

Formula structurală a compusului investigat.

Cu toate acestea, are mai multă valoare industrială, fiind un monomer cheie în sinteza epoxiilor și policarbonatelor. Plasticul din policarbonat produce o gamă largă de bunuri de larg consum, precum sticle pentru apă potabilă, ambalarea alimentelor, lentile pentru ochelari etc. BPA utilizat în multe industrii, volumul său anual de producție este mai mare de 8 miliarde în lume. Datorită utilizării sale pe scară largă, o cantitate mare de BPA a fost eliberată în mediu, ceea ce a dus la prezența omniprezentă a BPA în apa naturală. Prezența sa în apa potabilă a fost înregistrată la concentrații maxime peste 1 mg/L în țările Uniunii Europene, SUA, Canada, China și Japonia [2].

Este, de asemenea, bine cunoscut faptul că BPA are activitate estrogenică și este clasificat ca un compus care distruge sistemul endocrin. Această situație alarmantă a condus la studiul degradării induse sau naturale, inclusiv descompunerea fotochimică a acestui poluant în diferite tipuri de ape. În mediul natural, BPA se descompune de-a lungul a două căi oxidative principale: procesele biologice și fotooxidarea sensibilizată [3]. În ceea ce privește descompunerea fotochimică naturală, BPA este incolor și nu poate fi descompus prin expunere directă la lumina vizibilă. Iradierea soluțiilor apoase de BPA cu lumină UV duce la degradarea sa efectivă și la scăderea activității estrogenice a mediului contaminat. BPA se poate descompune la expunerea la lumina vizibilă dacă unii compuși (fotosensibilizatori) care pot absorbi această lumină și pot genera particule oxigenate active sunt prezenți în același mediu apos. În natură, acest proces de fotodegradare poate coincide cu procesul microbian aerob. Mulți compuși organici dizolvați, de obicei prezenți într-un mediu acvatic natural, pot acționa ca fotosensibilizatori atunci când sunt expuși la lumina soarelui.

Scopul acestui studiu este de a studia dependența eficienței fotolizei bisfenolului A în apă sub radiația UV a exclampurilor KrCl și XeBr.

PARTEA EXPERIMENTALĂ

În această lucrare am utilizat Bisfenol A (BPA), cu puritate chimică 95% (de la ALDRICH) în apă. Soluțiile compusului investigat au fost preparate prin dizolvarea unei cantități uscate cântărite în cantitate de 2,3 mg/L în 100 ml de apă. Pentru a obține o soluție completă de BPA la o concentrație C = 2,2 mM am folosit un mixer cu ultrasunete la 40 ° C timp de 45 de minute. Formula structurală a moleculei investigate este prezentată în Fig. 1.

Caracteristicile spectral-luminescente ale soluției de BPA au fost înregistrate înainte și după iradiere pe un spectrofotometru „Spectrometrie UV-Vis UNICAM” (Thermo Evolution 600, SUA) și SOLAR СМ2203 (Belarus). Soluțiile preparate de BPA cu o concentrație de 0,00022 M au fost iradiate în pahare de sticlă cu un diametru de 4,6 cm prin KrCl și XeBr excilamps la temperatura camerei timp de 120 min cu amestecare constantă cu ajutorul unui mixer mecanic. Distanța de la excilamp la soluția iradiată a fost de 3 cm. Volumul soluției iradiate a fost V = 50 ml. În timpul timpului de iradiere, energia maximă absorbită de soluția investigată nu a depășit 10 J/cm3. S-a înregistrat modificarea volumului și a temperaturii în timpul iradierii. Epuizarea compusului investigat a fost monitorizată prin urmărirea variației densității optice în spectrele de absorbție la lungimea de undă λ = 270 nm (eroarea de măsurare nu a depășit 10%).

Conversia BPA a fost calculată din valorile densității optice la maximul benzii de absorbție a lungimii de undă lungă, conform formulei [4-6].

V = volumul soluției în timpul iradierii (ml); V0 = volumul soluției la momentul inițial al iradierii (ml); C = concentrația de BPA în timpul iradierii (mg/ml); C0 = concentrația de BPA la momentul inițial de iradiere (mg/ml); t = timpul de expunere (min); r = viteza de reacție (mg/ml min); λir = lungimea de undă maximă a lămpilor excilamp (nm).

Pentru iradiere, am construit o configurație experimentală pentru modelarea fotodegradării continue a efluenților industriali în care BPA este prezent utilizând analiza HPLS. Pentru a stabili mecanismul și cinetica fotodecompunerii, fotoliza a fost studiată folosind două excilampuri. Radiația UV a acestor lămpi este localizată la capătul cu energie ridicată al spectrului de lumină cu o lungime de undă mai mică decât lumina vizibilă (400 nm), dar mai lungă decât razele X (100 nm). Am emis ipoteza că aceste UV pot distruge BPA prin fotoliză directă și indirectă fără adăugarea unui agent oxidant.

Am efectuat un studiu al efectului lungimii de undă a emisiilor asupra eficienței fototransformării BPA în apă. Iradierea soluțiilor apoase a fost efectuată la temperatura camerei sub iradiere statică într-un fotoreactor, a cărui schemă este prezentată în Fig. 2. Pe tot parcursul experimentului, soluția a fost amestecată.

Figura 2.

Schema unui fotoreactor.

KrCl (222 nm) și XeBr (283 nm) au fost utilizate ca surse de iradiere UV. Lămpile statice aveau o formă cilindrică și erau acoperite de o carcasă metalică cu o fereastră UV de ieșire de 75 cm 2. Distanța dintre sursă (excilamp) și soluția iradiată a fost de 3 cm. Volumul soluției iradiate a fost de 250 ml. Intensitatea medie a radiației furnizate soluției a fost de 17,12 și 2,47 mW/cm2 pentru lămpile cu excimer XeBr și respectiv KrCl. Timpul de expunere la control a fost: 0, 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 60 și 120 de minute.

Pentru a construi curba de conversie, s-a efectuat o scădere a concentrației de BPA în apă utilizând HPLC [7].

REZULTATE SI DISCUTII

BPA este un compus polar (dipol). Inelul benzenic este capătul negativ al dipolului, grupul - OH - pozitiv. Momentul dipolar este îndreptat spre inelul benzenic. După cum se știe, gruparea hidroxil - OH este un substituent de primul fel, adică contribuie la o creștere a densității electronilor din inelul benzenic. Astfel, există o influență reciprocă a atomilor și a grupurilor atomice în molecula BPA. Principalul aspect al spectroscopiei de fluorescență este măsurarea absorbției luminii. O măsură a intensității absorbției este densitatea optică. Această valoare este introdusă prin legea Beer - Lambert - Bouguer: intensitatea luminii absorbite scade exponențial în funcție de concentrația substanței dizolvate și de lungimea căii optice.

În etapa inițială, am efectuat un studiu experimental de verificare a legii Beer - Lambert - Bouguer pentru diferite concentrații ale substanței pentru absorbție și fluorescență: am reprezentat grafic dependența intensității absorbției substanțelor studiate de concentrația lor în etanol ( Fig. 3a). Experimentul a fost realizat pentru concentrații: 5 × 10 -4 M, 10 -4 M, 5 × 10 -5 M, 10 -5 M, 5 × 10 -6 M și 10 -6 M. Fig. 3 arată că valoarea densității optice scade atunci când concentrația substanțelor scade. Aceasta indică o reacție rapidă pentru concentrații scăzute. Pentru spectrele de fluorescență, precum și pentru spectrele de absorbție, o scădere a concentrației unei substanțe duce la o scădere a intensității fluorescenței (Fig. 3b). Se arată că această lege este respectată în întregul interval de concentrație selectat pentru cazul spectrelor de absorbție. În cazul spectrelor de fluorescență, legea este îndeplinită doar până la o concentrație de 10 -4 M. Apoi se produce o creștere neliniară a intensității radiației din concentrația de BPA. Acest lucru poate fi explicat prin faptul că are loc formarea dimerilor BPA.

Figura 3.

Verificarea fezabilității legii berii: a) absorbție; b) fluorescență.

O analiză a scăderii concentrației de BPA după iradiere utilizând HPLC este prezentată în Tabelul 1. Analiza ratei constante pentru scăderea BPA în apă sub acțiunea excilampelor de radiație KrCl și XeBr indică faptul că, sub influența excilampului KrCl, eficiența de degradare a BPA în apă este mai mare decât după iradiere cu excilamp XeBr. În același timp, scăderea BPA este de doar 60%. Datele HPLC ale excilampului final KrCl iradiat timp de 120 de minute într-o soluție apoasă au arătat că soluția conține și produse de fototransformare în plus față de BPA.

tabelul 1.

Concentrația de BPA în apă după iradiere.

Expunere t, min Concentrație, mg/L01235102030406090120
UVXeBr535353535351504947403838
KrCl535252525147443634312710

O analiză a constantei de rată a scăderii BPA în apă sub acțiunea radiației KrCl și XeBr de către excilamps indică faptul că emisia de excilamps KrCl este mai eficientă pentru degradarea BPA în apă decât iradierea cu un excilamp XeBr. În același timp, scăderea BPA este de doar 60%. Datele HPLC ale excilampului final KrCl iradiat timp de 120 de minute într-o soluție apoasă au arătat că soluția conține, de asemenea, produse de fototransformare în plus față de BPA. Figura 4 prezintă rezultatele fotolizei BPA în apă. Datele HPLC obținute indică faptul că lungimea de undă a iradierii modifică rata de descompunere și cinetica reacției de descompunere a fotoproduselor BPA.

Figura 4.

Conversia (a) și o rată de descompunere (b) a BPA în apă după iradierea prin XeBr excilamp (1) și KrCl excilamp (2).

Sursa de radiație UV a excilampului KrCl care emite 222 nm s-a dovedit a fi mai eficientă pentru degradarea directă a fotolizei comparativ cu excilampul convențional XeBr care emite radiații de 283 nm. Lungimea de undă de iradiere afectează nu numai rata de scădere a BPA de la boi, ci și modifică numărul și compoziția fotoproduselor (Fig. 4b).

Radiația Kred unded sau XeBrexcilamp se formează un fotoprodus de degradare a BPA, care fluorescă în regiune cu maximum 410-420 nm (Tabelul 2). Cu o creștere a timpului de iradiere la iradierea excilampului KrCl de la 0 la 2 minute și la iradierea excilampului XeBr de la 0 la 10 minute, a fost înregistrată o creștere a intensității fluorescenței fotoprodusului BPA. Acest lucru indică faptul că în procesul de iradiere sub influența radiației excilamp, are loc o fotodegradare eficientă a toxicului inițial și se formează un fotoprodus. În procesul de iradiere, are loc și degradarea fotoproduselor. După 5 și 20 de minute de iradiere, are loc fotodegradarea produselor de fotodegradare BPA. Acest lucru este indicat de o scădere a intensității benzii în spectrele de fluorescență (Fig. 5c, 5d).

masa 2.

Intensitățile de fluorescență ale produselor fotografice rezultate în banda maximă.

№ Banda de fluorescență a unui fotoprodus Timp de iradiere, minExilampBandmaximum, nm01251020304060120
1KrClλ = 410-4200,21.16.15.24.73.11.31.51.10,6
2XeBrλ = 410-4200,20,40,50,60,70,50,40,50,40,3

Figura 5.

Spectrele de absorbție (a și b) și fluorescente (b și d) ale BPA în apă sub expunerea la radiații ale excilampurilor KrCl (a și c) și XeBr (b și d). Lungimea de undă de excitație este de 330 nm. Numerele din figură indică timpul de expunere în fotoreactor (min). Săgețile indică poziția absorbției bisfenolului A a radiațiilor UV.

Pe baza datelor obținute cu privire la formarea fotoproduselor la banda maximă, au fost construite diagrame ale formării fotoproduselor în timp de iradiere în fotoreactor sub influența radiației excilamp (Fig. 6). Sursa de radiație UV a excilampului KrCl emisia de 222 nm s-a dovedit a fi mai eficientă pentru degradarea directă a fotolizei comparativ cu excilampul convențional XeBr care emite 283 nm. Identificarea produselor de fotoliză BPA este obiectivul cercetărilor noastre ulterioare.

Figura 6.

Diagrama formării fotoproduselor de-a lungul timpului de iradiere într-un fotoreactor sub influența (1) KrCl, (2) radiației excilamp XeBr.

CONCLUZIE

Datele HPLC obținute indică faptul că lungimea de undă de iradiere modifică rata de descompunere și cinetica reacției de descompunere a fotoproduselor BPA. Sursa de radiație UV a excilampului KrCl care emite 222 nm s-a dovedit a fi mai eficientă pentru degradarea directă a fotolizei în comparație cu cea convențională XeBr excilamp emițând 283 nm.

MULȚUMIRI

Cercetarea a fost susținută de Ministerul Rus al Științei și Educației la programul de îmbunătățire a competitivității Universității de Stat din Tomsk (numărul proiectului 8.1.20.2018).