Elektrohemijska oksidacija policikličnih aromatičnih ugljovodonika iz betona i procena toksičnosti produkata njihove degradacije
Electrochemical oxidation of polycyclic aromatic hydrocarbons in concrete and toxicity estimation of their degradation products
Doktorand
Aćimović, Danka D.Mentor
Dimitrijević-Branković, SuzanaČlanovi komisije
Brdarić, TanjaPerić-Grujić, Aleksandra
Nikolić, Vladimir
Metapodaci
Prikaz svih podataka o disertacijiSažetak
Policiklični aromatični ugljovodonici (engl. Polycyclic Aromatic
Hydrocarbons, PAHs) predstavljaju grupu organskih jedinjenja koja se sastoje od
dva ili više kondenzovanih benzenovih prstenova. Istraživanja ukazuju da PAH-ovi
imaju kancerogen i mutagen uticaj na ljude i druge žive organizme. Perzistentni su
i bioakumulativni i kao takvi predstavljaju opasnost po životnu okolinu.
Dodatni problem predstavljaju proizvodi degradacije policikličnih aromatičnih
ugljovodonika, koji nastaju tokom prirodne transformacije ili fizičko-hemijskih
tretmana za njihovo uklanjanje. Novoformirana jedinjenja često imaju izraženiji
toksični uticaj na ljude i druge žive organizme u poređenju sa polaznim
jedinjenjem. Zato se posebna pažnja posvećuje razvoju novih metoda za njihovo
što bezbednije uklanjanje. Do sada su razvijene metode za analizu sledećih
kontaminiranih medijuma: voda, zemljište, vazduh, sedimenti i dr. Kako je
zagađenost PAH-ovima u životnoj sredini rasla, uglavnom usled antropogenih
faktor...a, tako su se pojavili i na drugim mestima, poput betona u stambenim
zgradama.
Cilj istraživanja doktorske disertacije je razvijanje nove, efikasne,
neinvazivne metode za uklanjanje PAH-ova iz betona, koja je zasnovana na
elektrohemijskoj oksidaciji. Da bi se osigurala bezbednost metode za praktičnu
primenu, posebna pažnja posvećena je proceni toksičnosti PAH-a i njihovih
produkata razgradnje nastalih tokom procesa elektrooksidacije.
Kao laboratorijski model sistem za elektrohemijsku degradaciju PAH-ova koristi se
elektrolitička ćelija sa niklenim elektrodama. Praćenje koncentracije PAH-ova u
betonu izvedeno je primenom novopostavljene i validirane metode na uređaju
tečni hromatograf ultravisokih performansi sa fotodiodnim detektorom (UPLCPDA). Efikasnost uklanjanja za pojedine PAH-ove dostiže vrednost i preko 90 %. Za
procenu toksičnosti elektrohemijskog tretmana određuje se citotoksični i
genotoksični potencijal na limfocitima i eritrocitima periferne krvi čoveka. Testoviobuhvataju određivanje učestalosti mikronukleusa i proliferacioniog potencijala
ćelija, ispitivanje antioksidativne zaštite enzima (katalaze) kao i uticaja na
oksidativni stres (određivanjem sadržaja malondialdehida).
Rezultati ispitivanja potvrđuju toksičnost početne smeše PAH-ova - pre
elektrohmijske oksidacije - uzrokujući značajno povećanje niva DNK oštećenja,
smanjujući potencijal ćelija za deobu i indukujući oksidativni stres što se ogleda
kroz povećanje malondialdehida u procesu lipidne peroksidacije ćelijskih
membrana i povećanju aktivnosti katalaze, enzima antioksidativne odbrane.
Procesom elektrohemijske oksidacije PAH-ova nastaju produkti koji ispoljavaju
različit stepen citotoksičnosti zavisno od vremena nastanka. Najtoksičniji efekti su
utvrđeni u prvih 15 minuta što se manifestuje kroz povećanje učestalosti
genomskih ozleda, suprimiranje proliferativnog potencijala i/ili indukciju
oksidativnog stresa, kao i značajanu modifikaciju aktivnosti enzima
antioksidativne zaštite. Nakon 60 minuta produkti oksidacije su manje citotoksični
u odnosu na početno jedinjenje, ali i dalje su toksičniji u poređenju sa netretiranom
kontrolom.
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are a group of organic
compounds consisting of two or more fused benzene rings. Research indicates that
PAHs have a carcinogenic and mutagenic effect on humans and other living
organisms. They are persistent and bioaccumulative and, as such, pose a threat to
the environment. Products that are formed upon natural degradation or
physicochemical procedures for their removal represent a particular problem.
Newly formed compounds often have a more pronounced toxic effect on humans
and other living organisms compared to the initial compound. Consequently, the
development of new methods for their safe removal has been the subject of
extensive research. So far, methods for efficient PAH removal from the various
media were developped, including: water, soil, air, sediments, etc. As the
environmental pollution by PAHs is continuously increasing due to the various,
mainly anthropogenic factors, they also have occurred in other places, such as
concrete in re...sidential buildings.
The aim of the doctoral dissertation is to develop novel, efficient, noninvasive method for PAHs removal in concrete, based on electrochemical
oxidation. In order to ensure safeness of the method for practical application,
particular attention was paid to the estimation of the toxicity of PAHs and their
degradation products generated during the electrooxidation process.
Electrochemical cell consisting of two nickel electrodes was used for the
laboratory model of PAH oxidation in concrete. Concentration of PAHs in concrete
was monitored with the novel, particularly developed and validated method, based
on ultra performance liquid chromatography (UPLC) with photo-diode array
(PDA) detector. The removal efficiency for individual PAHs exceeds 90 %.
Estimation of the toxicity of electrochemically treated samples was performed by
determination of the cytotoxic and genotoxic potential of human peripheral blood
lymphocytes and erythrocytes. The tests included determination the micronucleusfrequency and the proliferative potential of cells, determining the antioxidant
protection of enzyme catalase, as well as the impact on oxidative stress (by
determining the content of malondialdehyde).
The results of the study confirm the toxicity of initial PAHs showing that -
before electrochemical oxidation - they significantly increase the level of DNA
damage, reduce the potential of cells to divide and induce oxidative stress, which is
reflected by the increase of malondialdehyde in the process of lipid peroxidation of
cell membranes and the increase of the activity of catalase, an antioxidant defense
enzyme. Products which are formed during electrochemical oxidation of PAHs
exhibit different degrees of cytotoxicity depending on the time of their formation.
The most toxic effects were determined in the first 15 minutes, which is
manifested by an increased incidence of genomic lesions, suppression of
proliferative potential and/or induction of oxidative stress, as well as substantial
modification of the antioxidant enzyme activity. After 60 minutes, the oxidation
products are less cytotoxic than the parent compound, but still more toxic
compared to the untreated control.