Photocatalytic Oxidation of 17-alpha methyl testosterone (MT) hormone by Titanium Dioxide Immobilized on Granular Activated Carbon (UV/GAC-TiO2)

Abstract

Titanium dioxide (TiO2) can be applied in the photocatalytic oxidation for treating water pollutants in two applications, i.e. suspended using and immobilized on medium using. The use of suspended form has a limit of TiO2 powder separation from treated water. Moreover, the reuse of TiO2 powder for other treatment might be difficult. Therefore, this research is interested in the use of TiO2 immobilized onto the medium (granular activated carbon: GAC) for treatment of 17 alpha-methyl testosterone (MT). The purposes of this research are (1) to study the optimum conditions for immobilizing TiO2 onto GAC (GAC-TiO2) by sol-gel method and (2) to study the optimum conditions for treating MT by photocatalytic oxidation (UV/GAC-TiO2). The results showed that immobilization of TiO2 onto GAC by wash TiO2 gel after calcination had the most TiO2 covered on GAC (analyzed by SEM technique) with 27.28% by weight of TiO2 (analyzed by EDS technique) and anatase crystal structure of TiO2 (analyzed by XRD technique) which is effective crystal form of TiO2 for photocatalytic oxidation. The efficiency of MT treatment by photocatalytic oxidation (UV/GAC-TiO2) was 100% removal at pH 7 and contact time of 130 minutes (stirring in the dark for 40 minutes previously for equilibrium adsorption). Additionally, GAC-TiO2 could be reused 4 cycles for treating MT with more than 90% removal.

เนื่องจากไทเทเนียมไดออกไซด์สามารถประยุกต์ใช้ในกระบวนการโฟโตแคตาไลติกออกซิเดชัน ในการบำบัดมลสารในน้ำได้ 2 รูปแบบ ได้แก่ การใช้แบบแขวนลอย และการใช้แบบตรึงบนตัวกลาง ซึ่งการใช้แบบแขวนลอยมีข้อจำกัดในการแยกผงไทเทเนียมไดออกไซด์ออกจากน้ำที่ผ่านการบำบัด อีกทั้งการนำผงไทเทเนียมไดออกไซด์กลับมาใช้ซ้ำอาจทำได้ยาก งานวิจัยนี้จึงสนใจการตรึงไทเทเนียมไดออกไซด์บนตัวกลางถ่านกัมมันต์แบบเกล็ดสำหรับบำบัดฮอร์โมน 17 แอลฟา-เมทิลเทสโทสเทอโรน (MT) โดยมีวัตถุประสงค์ (1) เพื่อให้ได้สภาวะที่เหมาะสมในการตรึงไทเทเนียมไดออกไซด์ลงบนถ่านกัมมันต์แบบเกล็ด (GAC-TiO2) ด้วยวิธีโซล-เจล และ (2) เพื่อให้ได้สภาวะที่เหมาะสมในการบำบัดฮอร์โมน MT ด้วยกระบวนโฟโตแคตาไลติกออกซิเดชัน (UV/GAC-TiO2) จากการศึกษาพบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการตรึงไทเทเนียมไดออกไซด์ลงบนถ่านกัมมันต์แบบเกล็ดด้วยการตรึงแบบล้างหลังเผา จะมีไทเทเนียมไดออกไซด์ปกคลุมบนผิวถ่านได้ดีที่สุด (วิเคราะห์ SEM) โดยมีไทเทเนียมไดออกไซด์ร้อยละ 27.28 โดยน้ำหนัก (วิเคราะห์ EDS) และพบโครงสร้างผลึกแบบอนาเทสของไทเทเนียมไดออกไซด์ (วิเคราะห์ XRD) ซึ่งเป็นรูปผลึกที่มีประสิทธิภาพในการเกิดกระบวนการโฟโตแคตาไลติกออกซิเดชัน เมื่อนำไปศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดฮอร์โมน MT ด้วยกระบวนโฟโตแคตาไลติกออกซิเดชัน (UV/GAC-TiO2) พบว่า สามารถบำบัดฮอร์โมน MT ได้ร้อยละ 100 ที่ pH 7 ภายในระยะเวลา 130 นาที โดยจะทำการกวนในที่มืดก่อน 40 นาทีเพื่อให้เวลาเข้าสู่สมดุลของการดูดซับ นอกจากนี้ถ่าน GAC-TiO2 มีศักยภาพในการใช้งานซ้ำเพื่อบำบัดฮอร์โมน MT ได้จำนวน 4 รอบ โดยที่ประสิทธิภาพการบำบัดมากกว่าร้อยละ 90