Badania nad zastosowaniem niepolarnych związków fluoroorganicznych w procesie ozonowania zanieczyszczeń organicznych w roztworach wodnych.

Jedną z metod optymalizacji ozonowania jest zastosowanie zaawansowanych procesów utleniania (Advanced Oxidation Process - AOP), bazujących na tworzeniu wolnych rodników, których potencjał utleniający jest bardzo wysoki, lecz reakcje mało selektywne. Badania nad rozpuszczalnością i stabilnością ozonu wykazały, że utleniacz ten jest silnie stabilizowany przez związki fluoroorganiczne o niskiej polarności. Rozpuszczalność ozonu w niepolarnej fazie organicznej jest dziesięciokrotnie wyższa niż wodzie, a ponadto aż ponad 50% ozonu pozostaje w fazie nawet po 4 godz. od jej nasycenia utleniaczem. Ozon, jako cząsteczka stosunkowo niepolarna, wykazuje wyższe powinowactwo do fazy fluoroorganicznej niż do fazy wodnej. Wynika to z niskiego momentu dipolowego utleniacza, a także współczynnika podziału ozonu pomiędzy fazę wodną a fluoroorganiczną, którego wartość jest zbliżona do współczynnika podziału związków niepolarnych (węglowodory). W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem pH i czasu kontaktu na szybkość dyfuzji utleniacza z nasyconej ozonem fazy fluoroorganicznej Fluorinert FC40 do fazy wodnej. Wykazano, że przy wyższym pH, wraz z wydłużeniem czasu kontaktu z 15 min do 60 min stężenie ozonu w fazie fluoroorganicznej spadło z 90% do 67% stężenia początkowego, natomiast przy niskim pH stężenie ozonu w fazie niepolarnej utrzymywało się na podobnym poziomie, niezależnie od czasu kontaktu. W układzie półprzepływowym określono skuteczność procesu ozonowania w stosunku do węglowodorów (kumen, chlorobenzen, toluen) różniących się powinowactwem do fazy fluoroorganicznej oraz kwasu p-chlorobenzoesowego. Różnice w polarności pomiędzy badanymi związkami pozwoliły na określenie wpływu wartości współczynnika podziału na mechanizm i skuteczność procesu ozonowania. Wykazano, iż dla związków o wysokiej polarności faza fluoroorganiczna stanowiła rezerwuar ozonu, który była uwalniany stopniowo podczas reakcji, natomiast związki o wysokiej wartości współczynnika podziału (węglowodory) dyfundowały do fazy fluoroorganicznej i tam ulegały rekcji z ozonem.

One of the methods for optimizing ozonation is the Advanced Oxidation Process (AOP), which makes use of the formation of free radicals. Even though the oxidizing potential of free radicals is very high, the selectivity of the reactions is low. Research on the solubility and stability of ozone have shown that this oxidizer is strongly stabilized by low-polarity flouororganic compounds. The solubility of ozone in the nonpolar organic phase is ten times that in water. What is more, over 50% of ozone remains in the phase even longer than 4 hours after saturation. As a nonpolar rather than polar molecule, ozone shows a higher affinity for the fluororganic phase than for the aqueous phase. This should be attributed to the low dipole moment of the oxidizer , as well as to the coefficient of ozone partition between the aqueous phase and the fluororganic phase. The value of the partition coefficient for ozone approaches that for nonpolar compounds (hydrocarbons). In the study reported on in this paper, the effect of pH and contact time on the rate of the oxidizer diffusion from the ozone-saturated fluororganic phase, Fluorinert FC40, to the aqueous phase was examined. The research has produced the following findings: at an increased pH and a contact time extended from 15 to 60 mins, ozone concentration in the fluororganic phase decreased from 90% to 67% of the initial concentration; at a low pH, ozone concentration in the nonpolar phase remained almost uncharged, regardless of the contact time. The efficiency of the ozonation process with respect to hydrocarbons (cumene, chlorobenzene, toluene) differing in affinity for the fluororganic phase and to p-chlorobenzoic acid was determined in a semithroughflow system. The differences in polarity between the compounds studied made it possible to determine how the partition coefficient values influenced the mechanism and efficiency of the ozonation process. The results show that for high-polarity compounds the fluororganic phase acted as a reserve of ozone, which was released gradually during the reaction. Compounds characterized by a high partition coefficient value (hydrocarbons) diffused into the fluororganic phase.