Chimica dell'ossidazione UV

Chimica dell'ossidazione UV

Enviolet è specialista nel campo dell' AOP (Advanced Oxidation Process) per procedimenti industriali. Abbiamo due diverse famiglie di processo:

- Enviolet®: ossidazione UV in concentrazioni più elevate in fase omogenea

- UV deep clean: ossidazione UV in fase eterogenea per raggiungere le concentrazioni finali più basse.

Fondamenti dell'ossidazione UV

La condizione di una fotoreazione (UV-ossidazione) di una molecola R è l'assorbimento della luce da parte della molecola (Calvert e Pitts, 1966). La quantità di luce assorbita A (λ) è descritta dalla legge di Lambert-Beer, in cui I (0) è l'intensità della luce dalla soluzione e I è l'intensità della luce dopo il passaggio attraverso la soluzione. L'assorbimento lineare dipende dalla concentrazione C nello strato di spessore d e il coefficiente di estinzione decadica ε (λ).

 

Durante l'assorbimento di luce con energia sufficiente dalla molecola R si genera una molecola più ricca d’energia, stimolata R*, il contenuto energetico è aumentato dall’energia fotonica fornita. Fondamentalmente, quest’assorbimento è il presupposto necessario per qualsiasi tipo di foto-reazione (ossidazione UV). Ciò significa innanzitutto che anche le soluzioni molto scure o molto colorate sono adatte per l'ossidazione UV, quando la costruzione del reattore UV è adatta.

 

R* da questo stato può tornare direttamente tramite  un’ossidazione UV o tramite degli intermediari reattivi allo stato fondamentale oppure fisicamente reagire ulteriormente a prodotti fotografici. Da processi chimici successivi in soluzioni acquose si creano radicali, ioni radicali, ioni o frammenti stabili, che possono reagire ulteriormente tramite processi termici.
Alla presenza di agenti ossidanti si aggiungono altri percorsi di reazione: Così, ad esempio il perossido d’idrogeno (H2O2) dalla luce di opportuna lunghezza d'onda può esse fotolizzato in radicali idrossilici altamente reattivi, che reagiscono rapidamente con le sostanze organiche e inorganiche nell’acqua (LAMING et al. 1969, BAXTON e WILMARTH 1963, HOCHNADEL 1962):

 

I radicali ossidrili così generati (radicali OH) sono fatti non solo con il più basso consumo di prodotti chimici (Legrini et al. 1993), ma anche con l'uso più economico di energia (Bolton e Cater 1994). Pertanto, questo metodo AOP (Advanced Oxidation Process) è particolarmente adatto per l'effettiva distruzione di inquinanti in mezzi acquosi, anche ad alte concentrazioni al target, come acque di scarico fortemente inquinate, bagni galvanici fino all'acqua di processo ad alta purezza, in cui vengono utilizzati nella gamma di ppb di solito catalizzatori invece di H2O2 (vedasi:UV-Deep-Clean). 

La degradazione delle sostanze organiche tramite radicali OH è avviata da l'estrazione di idrogeno (HABER e WILLSTÄTTER 1931):

In presenza di olefine avviene un‘addizione elettrofila di radicali  OH:

 

Queste reazioni iniziali nell’ossidazione UV sono seguite da diverse possibilità di reazioni dei radicali formati. Alla presenza di ossigeno, si forma un peroxyl radicale organico:

 

Inoltre, possono verificarsi diverse reazioni concorrenti:

 

La polimerizzazione è solitamente una reazione indesiderata in quasi tutte le applicazioni dell’ossidazione UV, poiché la polimerizzazione può portare a una conduzione radiatore.  Pertanto deve essere rigorosamente assicurato nella reazione e la struttura delle camere d’irradiazione che la polimerizzazione è inibita. A questo scopo servono anche altri impianti di processo, che creano le condizioni di reazione ottimali per efficiente ossidazione UV.

 

Le aldeidi o chetoni risultanti, che sono soggetti a decarbossilazione termica o fotochimica, sono ossidati ad acidi carbossilici a reazione progredente (WEEKS e MATHESON 1955): 

 

[Translate to IT:] Typischer Verlauf wesentlicher Parameter bei der UV-Oxidation

[Translate to IT:]

Bei der UV-Oxidation von schwer abbaubaren organischen Verbindungen nimmt die biologische Abbaubarkeit in fast allen Fällen sehr deutlich und rasch zu. Nur in sehr wenigen Fällen steigt die Bioverfügbarkeit nur geringfügig an.

 

Im Bild "Bildung von Abbauprodukten" ist erkennbar, dass als Abbauverbindungen fast ausschliesslich kleiner organische Karbonsäuren gebildet werden. Da diese Verbindungen ausnahmslos sehr gut biologisch Abbaubar sind, ist die starke Verbesserung der Bioverfügbarkeit durch die UV-Oxidation sehr gut erklärbar.

Gradiente tipico di un concentrato di acque reflue industriali nel corso del trattamento in Enviolet ® processo UV.

Gradiente tipico di un concentrato di acque reflue industriali nel corso del trattamento in Enviolet ® processo UV.