بررسی کاهش غلظت متیل ترشیری بوتیل اتر (MTBE) از آب با روش فنتون و تعیین تغییرات ناشی از شرایط واکنش در تشکیل محصولات جانبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار بخش مهندسی عمران، گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 کارشناس ارشد مهندسی عمران- محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

3 استاد بخش مهندسی عمران، گروه مهندسی محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

از سال 1979 در امریکا برای افزایش عدد اکتان در سوخت به جای آلکیل سرب، متیل ترشیری بوتیل اتر به کار گرفته شد. افزایش مصرف این ماده در سالهای اخیر در کشورهای مختلف موجب آلودگی منابع آبهای سطحی و زیرزمینی گردیده است. روشهای معمول برای تصفیه آبهای آلوده به متیل ترشیری بوتیل اتر عموماً ناکافی و نا کارآمد می‌باشد. در این تحقیق، تجزیه شیمیایی متیل ترشیری بوتیل اتر با واکنش فنتون با کاتالیزور سولفات آهن و تشکیل ترکیبات جانبی در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت. غلظت اولیه محلول مورد آزمایش 1000 میلی‌گرم در لیتر بود. متغیرهای آزمایش شامل pH محیط، زمان تماس آب آلوده و اکسید کننده و غلظت مواد واکنش اکسیداسیون (شامل پراکسید هیدروژن و آهن دو ظرفیتی) بود. آزمایش‌ها در زمان تماس یک ساعت انجام شد و راندمان حذف تا 99/99 در حالت بهینه به‌دست آمد. بهترین غلظت‌هایی از سولفات آهن و پراکسید هیدروژن که باعث حذف محلول متیل ترشیری بوتیل اتر با غلظت 1000میلی‌گرم در لیتر شد به‌ترتیب، برابر5/4 و 550 میلی‌مولار به‌دست آمد. pH بهینه 3 و میزان حذف تا غلظت کمتر از 50 میکروگرم در لیتر به دست آمد. بررسی تغییرات غلظت متیل ترشیری بوتیل اتر در طول زمان نشان‌ داد واکنش در ابتدا با سرعت زیاد و پس از چند دقیقه نرخ انجام واکنش بسیار آرام خواهد شد. تغییرات pH در طول زمان برای pHهای مختلف اندازه گیری و بحث شد. اضافه کردن پراکسید هیدروژن، حذف مقادیر محصولات جانبی اندازه‌گیری شده شامل استون و ترشیاری بوتیل الکل را افزایش داد. نتایج بررسی نشان داد که مقادیر این دو محصول در pH های بالا افزایش می‌یابد. به‌طوری‌که در pH بهینه غلظت ترشیری بوتیل الکل و استون به‌ترتیب برابر 30 و 120 میلی‌گرم در لیتر و در pH  برابر 7 این مقادیر به‌ترتیب برابر 150 و 250 میلی‌گرم در لیتر به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fenton Remediation of Methyl Tertiary Butyl Ether (MTBE) and Effects of Reaction Conditions on the Byproducts Formed

نویسندگان [English]

  • Ahmad Khodadadi Darban 1
  • Arash Shahmansouri 2
  • Hossein Ganjidost 3
1 Assist. Prof. of Civil Eng,. Dept. of Environmental Eng., Tarbiat Modarress University, Tehran
2 M.Sc. of Civil and Environmental Eng., Tarbiyat Modarres University, Tehran
3 Prof. of Civil Eng., Dept. of Environmental Eng., Tarbiyat Modarres University, Tehran
چکیده [English]

Methyl Tertiary Butyl Ether has been used in theUnitedStatesince 1979 as a gasoline additive. Increased use of this compound has caused pollution in both surface and groundwater. Conventional treatment methods are not successful. In this study, Fenton-reagent based degradation of a high concentration solution (1000Mg/L) of Methyl Tertiary Butyl Ether was investigated on the bench scale using Ferric Sulfate as the Fenton catalyst. Effects of pH, time of reaction, and reaction reagent (Hydrogen peroxide and iron catalysts) concentrations were investigated. Under optimum conditions, the degradation efficiency was 99.995 percent. The optimum concentrations of ferric sulfate and hydrogen peroxide for the complete removal of MTBE were 5.4 Mg/L and 550Mg/L, respectively. The optimum pH was 3, and the remaining concentration of MTBE in the solution under optimum conditions was lower than 50µg/L (Gas Chromatography detection limit). Rate of reaction decreased after a few minutes. Variations in pH over time were measured. It was found that increasing the hydrogen peroxide concentration decreased Methyl Tertiary Butyl Alcohol and Acetone in solution. Concentrations of these by-products increased at high pH levels. Acetone and Tertiary Butyl Alcohol concentrations were 30 and 120 Mg/L, respectively, at pH=3, while they were 150 and 250 Mg/L, respectively, at pH=7.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Methyl Tertiary Butyl Ether
  • Chemical Oxidation
  • Fenton Reagent
  • By-products
  • Aquatic
1-California Department of Health Services, available from http;//www.dhs.ca.gov.2001, (Jan, 2007).
2- Mather, J., Banks, D., Dumpleton, S. and Fermor, M. (1998). Groundwater contaminants and their migration, Geological Society,London.
3- USEPA. (1997). Drinking water advisory, consumer acceptability advice and health affects analysis on MTBE, Office of Water, EPA-822-F-97-009-1997,USA.
4-Xiang-rong, X., Zhen-ye, Z., Xiao-yan, L., and Ji-Dong G. (2004). “Chemical oxidative degradation of methyl tert-butyl ether in aqueous solution by Fenton’s reagent.” Chemosphere, 55 (1), 73-79.
5-Anderson, M. A. (2000). “Removal of MTBE and other organic contaminants from water by sorbing to high silica zeolite.” Environ.Sci.Technol., 34 (4),725-727.
6- Suflita, J. M., and Mormile, M. R. (1993). “Anearobic biodegradation of known and potential gasoline oxygenatef in the terrestrial subsurface.” Environmental Science and Technology, 27 (5), 976-978.
7-Casero, I., Sicilia, D., Rubio, S., and Perez-Bendito, D. (1997). “Chemical degradation of aromatic amines by Fenton’s reagent.” Water Res., 31 (8), 1985-1995.
8-Chang, P.B.L., and Young, T.M. (2000). “Kinetics of methyl tertbutyl ether degradation and by-product formation during UV/hydrogen peroxide water treatment.” Water Res., 34 (8), 2233-2240.
9-Barreto, R.D., Anders, K., and Gray, K.A. (1995). “Photocatalytic degradation of methyl tert-butyl ether in TiO2 slurries: a proposed reaction scheme.” Water Res, 29 (5), 1243-1248.
10-Stefan, M.I., Mack, J., and Bolton, J. R, (2000). “Degradation pathways during the treatment of methyl tert-butyl ether by the UV/H2O2 process.” Environ. Sci. Technol., 34 (4), 650-658.
11-Damm, J.H., Hardacre, C., Kalin, R.M., and Walsh, K.P. (2002). “Kinetics of the oxidation of methyl tert-butyl ether (MTBE) by potassium permanganate.” Water Res., 36 (14), 3638-3646.
12-Mezyk, S.P., Jones, J., Cooper, W.J., Tobien, T., Nickelsen, M.G., and Adams, J.W. (2004). “Radiation chemistry of methyl tert-butyl ether in aqueous solution.” Environ. Sci. Technol., 38 (14), 3994-4001.
13-Stanbury, D.M. (1989). “Reduction potentials involving inorganic free radicals in aqueous solution.” Adv. Inorg. Chem, 33, 70-138.
14- Fenton, H. J. H. (1984). “Oxidation of tartaric acid in presence of  iron.” J. Chem. Soc., 65, 899-910.
15-Liang, S., Palencia, L.S., Yates, R., Davis, M.K., Bruno, J.M., and Wolfe, R.L. (1995). “Oxidation of MTBE by ozone and peroxone processes.” J. AWWA., 91 (6), 104-114.
16-Einarson, M. D., and Mackay, D.M. (2001). “Predicting the impact of groundwater contamination.” Environ. Sci. Technol., 35(3), 674-734.
17-USEPA. (2004). Technologies for treating MTBE, Office of Solid Waste and Emergency Response, EPA.542-R-04-009, USA.
18-Wu, T., Cruz, V., Mezyk, S., Cooper, W.J., and O’Shea, K. (2002). “Gamma radiolysis of methyl t-butyl ether: a study of hydroxyl radical mediated reaction pathways.” Radiat. Phys. Chem., 65 (4), 335-341.
19- Burbano-Arturo, A., DionysiosD.D., Makram, T., Suidan, T., and Richardson, L. (2005). “Oxidation kinetics and effect of pH on the degradation of MTBE with Fenton reagent.” Water Research, 39 (1),
107-118.
20-Buxton, G.V., Greenstock, C.L., Helman, W.P., and Ross, A.B. (1988). “Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals (dOH/dO) in aqueous solution.” J. Phys. Chem. Ref. Data, 17 (2), 513-886.