Vliv elektrolýzy na degradaci vodných roztoků barviv
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Základním tématem této práce je studium vlivu elektrolýzy na rozklad organických barviv ve vodných roztocích. Elektrolýza je fyzikálně-chemický děj, při kterém dochází vlivem procházejícího stejnosměrného proudu k chemickým reakcím uvnitř systému. Vhodným zvolením vstupních podmínek lze docílit zásadních změn ve struktuře molekul organických látek a tím například jejich postupného odbourání. Tohoto jevu lze využít v procesu čištění odpadních vod. Hlavním úkolem práce je podrobné studium vlivu různě zvolených chemických a fyzikálních podmínek na míru rozkladu azobarviv, jakožto nejpočetnější skupiny organických barviv používaných v průmyslu, a z tohoto důvodu ve velké míře obsažených v průmyslovém i komunálním odpadu. Azobarviva byla pro tento pokus zvolena pro jejich velmi dobrou rozpustnost ve vodě. Další výhodou je, že jejich rozklad je doprovázený viditelným odbarvením roztoku a jejich koncentrace v roztoku je lehce stanovitelná pomocí metody UV-VIS spektrometrie. Konkrétně byla použita dvě přímá azobarviva - Saturnová modř LB (C.I. Direct Blue 106) a Saturnová červeň L4B (C.I. Direct Red 79). Experiment byl prováděn v jednoduchém reaktoru složeném z vaničky s míchadlem, do které byly vloženy dvě elektrody napojené na zdroj stejnosměrného napětí. Každá série měření probíhala při konstantním proudu, jehož hodnoty byly voleny v rozsahu od 100 mA do 1 000 mA. Elektrické napětí se pohybovalo v rozmezí 7 V až 22 V. Během pokusu byly odebírány dílčí vzorky roztoku a u každé série byl vyhodnocen pokles koncentrace barviva. Tímto vyhodnocením byla potvrzena hypotéza, že se barviva obsažená v roztoku skutečně odbourávají, což bylo doprovázeno i očekávaným odbarvováním roztoku. K odbarvování vodného roztoku barviva dochází proto, že je narušována struktura molekuly barviva, která tak ztrácí své charakteristické prvky způsobující barevnost (konjugovaný systém dvojných vazeb a přítomnost příslušných substituentů). Dohromady bylo naměřeno 16 sérií s různými vstupními podmínkami (Fe a Pt elektrody, elektrolyty NaCl, Na2SO4, a NaNO3 a jejich různá koncentrace, různé hodnoty proudu), které více či méně ovlivňovaly míru rozkladu zkoumaných látek. Bylo zjištěno, že lépe se elektrolyticky odbourává modré barvivo. Příčinou může být chemická struktura jeho molekul, které jsou menší a méně rozvětvené než molekuly použitého červeného barviva. K největšímu odbourání modrého barviva pak došlo při nejvyšších hodnotách voleného konstantního proudu 800 mA a 1 000 mA. Lze tedy předpokládat, že čím větší proud prochází systémem, tím větší je pokles koncentrace barviva. Za použití elektrod z nerezové oceli probíhala degradace modrého barviva rychleji, než v případě platinových elektrod. Jako nejvhodnější elektrolyt se jevil chlorid sodný, přičemž platilo, že čím větší koncentrace (resp. vodivost) elektrolytu byla zvolena, tím efektivněji probíhal rozklad.
The basic subject of this thesis is to investigate the influence of electrolysis on degradation of organic dyes in aqueous solutions. Electrolysis is a physically-chemical process, during which - under the influence of direct current - chemical reactions proceed inside the system. By choosing efficient conditions it is possible to achieve fundamental changes in the structure of organic compound’s molecules and on the basis of that for example their gradual degradation. This effect can be used in the process of wastewater treatment. The main task of the thesis is to analyse the influence of variously chosen chemical and physical conditions on the rate of degradation of azo dyes, which is the largest group of organic dyes used in industry and from this reason in great amounts contained both in mill residues and sewage water. Azo dyes have been selected for this experiment for their good solubility in water. Other advantage is that their degradation is accompanied by visible decoloration of the solution and their concentration in solution can be easily determined by UV-VIS spectrometry. Concretely two direct azo dyes - C.I. Direct Blue 106 and C.I. Direct Red 79 - have been chosen. The experiment was carried out in a simple reactor consisted of a bath with a stirrer into which two electrodes were installed and attached to the source of direct voltage. Every series of measurement proceeded at constant current which values were varied in range from 100 mA to 1 000 mA. The electric voltage ranged from 7 V to 22 V. Several samples were taken away from the solution during the experiment and the decrease of dye concentration was evaluated in every series. This evaluation validated the hypothesis that the dyes contained in the solution really degraded. This process was also connected to the expected bleaching of the solution. Decoloration of aqueous solution of dye is caused by disruptions in the structure of the dye molecule which is loosing its characteristic sections that cause colourfulness (a conjugate system of double bonds and presence of appropriate substitutes). A total amount of measured series was 16 with various input conditions (Fe and Pt electrodes, electrolytes NaCl, Na2SO4, and NaNO3 and their different concentrations, different current values) which more or less influenced the rate of degradation of investigated substances. It was found out that the blue dye is more likely to be electrolytically degraded. Chemical structure of its molecules, which is smaller and less branched than molecules of the used red dye, could be the source of that. The greatest degradation of the blue one proceeded at two chosen maximum values of constant current 800 mA and 1 000 mA. It could be assumed that current enhancement through the system induces higher dye concentration decrease. Degradation of the blue dye proceeded faster by using electrodes made of stainless steel than the platinum electrodes. The most suitable electrolyte was shown to be sodium chloride. When higher concentration (or conductivity) of electrolyte was used higher efficiency of degradation process was observed.
The basic subject of this thesis is to investigate the influence of electrolysis on degradation of organic dyes in aqueous solutions. Electrolysis is a physically-chemical process, during which - under the influence of direct current - chemical reactions proceed inside the system. By choosing efficient conditions it is possible to achieve fundamental changes in the structure of organic compound’s molecules and on the basis of that for example their gradual degradation. This effect can be used in the process of wastewater treatment. The main task of the thesis is to analyse the influence of variously chosen chemical and physical conditions on the rate of degradation of azo dyes, which is the largest group of organic dyes used in industry and from this reason in great amounts contained both in mill residues and sewage water. Azo dyes have been selected for this experiment for their good solubility in water. Other advantage is that their degradation is accompanied by visible decoloration of the solution and their concentration in solution can be easily determined by UV-VIS spectrometry. Concretely two direct azo dyes - C.I. Direct Blue 106 and C.I. Direct Red 79 - have been chosen. The experiment was carried out in a simple reactor consisted of a bath with a stirrer into which two electrodes were installed and attached to the source of direct voltage. Every series of measurement proceeded at constant current which values were varied in range from 100 mA to 1 000 mA. The electric voltage ranged from 7 V to 22 V. Several samples were taken away from the solution during the experiment and the decrease of dye concentration was evaluated in every series. This evaluation validated the hypothesis that the dyes contained in the solution really degraded. This process was also connected to the expected bleaching of the solution. Decoloration of aqueous solution of dye is caused by disruptions in the structure of the dye molecule which is loosing its characteristic sections that cause colourfulness (a conjugate system of double bonds and presence of appropriate substitutes). A total amount of measured series was 16 with various input conditions (Fe and Pt electrodes, electrolytes NaCl, Na2SO4, and NaNO3 and their different concentrations, different current values) which more or less influenced the rate of degradation of investigated substances. It was found out that the blue dye is more likely to be electrolytically degraded. Chemical structure of its molecules, which is smaller and less branched than molecules of the used red dye, could be the source of that. The greatest degradation of the blue one proceeded at two chosen maximum values of constant current 800 mA and 1 000 mA. It could be assumed that current enhancement through the system induces higher dye concentration decrease. Degradation of the blue dye proceeded faster by using electrodes made of stainless steel than the platinum electrodes. The most suitable electrolyte was shown to be sodium chloride. When higher concentration (or conductivity) of electrolyte was used higher efficiency of degradation process was observed.
Description
Citation
OLEXOVÁ, B. Vliv elektrolýzy na degradaci vodných roztoků barviv [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2010.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Spotřební chemie
Comittee
prof. Ing. Martina Klučáková, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Boleslav Taraba, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Vítězslav Oruba, CSc. (člen)
doc. Ing. Václav Prchal, CSc. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (člen)
Date of acceptance
2010-06-22
Defence
Klučáková - Proč byl experiment ukončen po dvaceti minutách?
Otruba - Bylo ověřeno, jestli systém obsahuje ionty železa či chromu?
Prchal - Jaká byla struktura použitých barviv? Na jakém principu pracují čističky odpadních vod?
Veselý - Máte představu o energetické náročnosti použité metody?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení