Comparative studies on decomposition of selected estrogens and xenoestrogens by photocatalysis processes

Comparative Studies on Decomposition of Selected Estrogens and Xenoestrogens by Photocatalysis ProcessesAbstract: This study addressed the degradation efficiency of three different compounds belonging to the group of endocrine disrupting compounds (EDCs), namely 17β-estradiol (E2), 17α-ethinyl estradiol (EE2), and bisphenol A (BPA) in the photocatalysis process (UV/TiO2). The subject of the study was a synthetic municipal waste water treatment plant effluent containing inorganic and optionally organic substances and to which the investigated micropollutants were added at a concentration of 500 μg/dm3. The obtained results were compared in terms of the degradation of the selected compounds in deionized water. It was found that the efficiency of the photocatalysis depends significantly both on the environmental matrix and physico-chemical properties of the compounds present in the treated waste water. The highest degradation efficiency was observed for the synthetic effluent that contained only inorganic substances. The degradation of bisphenol A and 17α-ethinyl estradiol exceeded 90 % (after 60-minute irradiation) and 17β-estradiol was decomposed completely. The observed phenomenon can be attributed to the process termed as sensitized photocatalysis, which was enabled by inorganic substances present in the synthetic waste water. This phenomenon was not observed for the synthetic effluent that contained both inorganic and organic substances, and moreover the degradation efficiency of the micropollutans was lower. These observations were also confirmed by the results regarding the decomposition of the compounds in deionized water. In order to describe the course of photocatalytic oxidation reaction rate constants were determined as well as degradation half-lives using the Langmuir-Hinshelwood kinetic model.

W ramach pracy podjęto badania nad oceną efektywności rozkładu trzech różnych związków należących do grupy substancji zakłócających procesy hormonalne (z ang. Endocrine Disrupters Compounds EDCs), tj. 17β-estradiol (E2), 17α-etynyloestradiol (EE2) oraz bisfenol A (BPA) w procesie fotokatalizy (UV/TiO2). Przedmiotem badań były modelowe odpływy z oczyszczalni ścieków bytowych zawierające substancje nieorganiczne i opcjonalnie organiczne, do których dodawano badane mikrozanieczyszczenia w stężeniu 500 μg/dm3. Uzyskane wyniki badań porównano pod katem skuteczności rozkładu wybranych związków dla wody zdejonizowanej. Wykazano, że na skuteczność procesu fotokatalizy istotny wpływ ma zarówno rodzaj matrycy środowiskowej, jak i właściwości fizykochemicznych usuwanych związków. Najwyższe stopnie rozkładu uzyskano podczas oczyszczania odpływu modelowego zawierającego wyłącznie substancje nieorganiczne. Rozkład bisfenolu A oraz 17α-etynyloestradiolu przekraczał wówczas 90 % (po 60-minutowym czasie naświetlania), a 17β-estradiol został rozłożony całkowicie. Zaobserwowane zjawisko można wytłumaczyć obecnością w ściekach modelowych chemicznych substancji nieorganicznych umożliwiających przebieg tzw. fotokatalizy sensybilizowanej. W przypadku odpływu modelowego zawierającego zarówno substancje organiczne, jak i nieorganiczne tego zjawiska nie obserwowano, a efektywność rozkładu mikrozanieczyszczeń była mniejsza. Powyższe obserwacje potwierdzają również uzyskane wyniki rozkładu związków dla wody zdejonizowanej. W celu opisu przebiegu fotokatalitycznego utleniania wyznaczono stałe szybkości reakcji oraz czasy połowicznego rozkładu posługując się kinetyką modelu Langmuira-Hinshelwooda.