Degradation of N-methyl 2-pyrrolidone trough advanced oxidation process in presence of Bismuth-based heterogenous catalysts

Abstract

[EN] This study investigates the degradation of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) by UV-C and UV-C/PMS-treatment processes. The degradation of NMP was less than 2% by UV-C photolysis. To enhance the degradation of NMP, zinc and molybdenum-based photocatalysts were synthesized and investigated. Several photocatalysts based on Bi-ZnMoO4 were successfully synthesized by a modified hydrothermal method. These photocatalysts had different molar ratios of bismuth with respect to ZnMoO4 (molar ratios 10, 20 and 30%). The synthesized photocatalysts were characterized by various techniques such as XRD and BET to decipher their structural and surface properties. To enhance the degradation, PMS was used as a source of sulfate (SO4•-) and hydroxyl (HO•) radicals in the UV-C photolysis treatment system. UV radiation is used as a source to activate the PMS for sulfate and hydroxyl radical generation The operational parameters such as initial pH and concentration of NMP and PMS were studied to understand their effects on degradation.

[ES] El N-metil-2-pirrolidona (NMP) es un solvente multiuso y reactivo usado ampliamente en la industria, principalmente en la electrónica, petroquímica, fabricación de TFT-LCD, agroquímica, farmacéutica, limpiadores industriales, pinturas y recubrimientos. El NMP presenta diversos riesgos para la salud humana, incluyendo el sistema reproductivo, el hígado, riñones, sistema inmunológico, problemas de crecimiento y el sistema neurológico central. Debido a todos estos riesgos para la salud, se ha sometido al NMP a una estricta regulación en la UE por la REACH. La EPA en EEUU también ha añadido al NMP a las listas 3 y 4 de la CCL (Candidate Contamination List ). Diversos tratamientos biológicos han mostrado resultados en la eliminación de NMP de aguas residuales. Sin embargo, estos tratamientos son muy lentos y generan una molécula con un grupo carbonilo con un alto COD que no puede ser más degradada bajo tratamientos convencionales. Estas limitaciones han llevado a investigar procesos de oxidación avanzada (POA) para la eliminación de estos químicos, y han demostrado ser muy eficaces para la eliminaciónde NMP. Tratamientos con ozono, UV y el radical hidroxilo son ineficientes en condiciones normales de operación. En los últimos años, los investigadores han estudiado el efecto de radicales basados en el sulfato en los POA. El fenómeno de la degradación por productos es una gran preocupación para tanto la oxidación química como biológica, y, a veces, estos productos resultan ser más dañinos que los compuestos originales. Este estudio se centrará en la eliminación del NMP hasta los límites legales, reduciendo la toxicidad. Los fotocatalizadores derivados del Bismut han demostrado una buena actividad fotocatalítica, con un hueco entre bandas pequeño y gran estabilidad y resistencia a la corrosión lumínica. El fotocatalizador será sintetizado mediante técnicas hidrotermales y de impregnación, y la cuantificación del NMP se realizará mediante HPLC. También se estudiarán varios oxidantes generadores del radical sulfato. También se estudiará el efecto de varios parámetros de operación como el pH, tiempo de exposición a la radiación, cantidad de catalizador, cationes, aniones y materia orgánica natural. Se examinará la cantidad de NMP en el agua tratada y se realizará un test de toxicidad. Los resultados de este estudio serán útiles para mejorar la calidad del agua potable y ayudará a las industrias a mejorar la calidad de sus aguas residuales.