Деструкция органических примесей в воде при воздействии ультрафиолетового излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат химических наук Щербакова, Галина Сергеевна

• Щербакова, Галина Сергеевна
• кандидат химических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат химических наук Щербакова, Галина Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Современное состояние очистки воды от растворенных органических веществ.

1.1.1. Некоторые органические загрязнители природных и сточных вод.

1.1.2. Краткая характеристика методов очистки воды от органических веществ.

1.1.3. Очистка сточных вод от красителей.

1.2. Основные законы и закономерности фотохимии.

1.2.1. Первичные и вторичные фотохимические процессы.

1.2.2. Квантовый выход.

1.2.3. Фотолиз.

1.2.4. Фотокатализ.

1.3. Источники излучения.

1.3.1. Ртутные источники излучения.

1.3.2. Газосветные источники излучения.

1.3.3. Измерение интенсивности света.

1.4. Усиленные методы окислительной деструкции органических веществ.

1.4.1. Н202/УФ процесс.

1.4.2. Оз/УФ процесс.

1.4.3. Фотоокисление, катализированное ТЮг.

1.4.4. Вакуумный ультрафиолетовый фотолиз.

1.5. Установки для фотохимического окисления органических веществ в воде.

1.5.1. Установки с ртутными источниками УФ излучения.

1.5.2. Установки сэксимерными источниками УФ излучения.

1.6. Теоретические основы электрохимических инверсионных методов.

1.6.1. Порядок разрядки ионов на электродах.

1.6.2. Формирование аналитического сигнала.

1.6.3. Типы рабочих электродов.

1.7. Сложности применения ИЭАМ в анализе растворов.

1.7.1. Инверсионные аналитические методы в анализе природных и сточных вод.

1.7.2. Природные комплексообразователи - гуминовые кислоты.

1.7.3. ЭДТА как комплексон класса аминополикарбоновых кислот.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Деструкция органических примесей в воде при воздействии ультрафиолетового излучения»

Целый ряд особенностей, присущих фотохимическим процессам, делает весьма перспективным их применение в различных отраслях промышленности. К достоинствам фотохимических реакций относится легкость регулирования их скорости в широких пределах с изменением интенсивности светового потока, быстрое и полное приостановление с прекращением облучения. Кроме того, многие фотохимические процессы безреагентны или требуют малых затрат реагентов.

Для проведения фотохимических процессов применяют различные источники, излучающие в широком диапазоне длин волн - от дальней ультрафиолетовой (УФ) до инфракрасной (ИК) области спектра. УФ излучение (которое в литературе часто именуют ультрафиолетовым светом) используют, например, в процессах дезинфекции воды в клиниках, бассейнах и даже городских системах. Однако в последнее время все больше говорят о возможности его применения и для очистки воды от растворенных органических веществ (РОВ).

Органические вещества, как правило, более чувствительны к свету, чем неорганические, и потому подвергаются деструкции либо в результате непосредственного поглощения квантов жесткого УФ излучения, либо при взаимодействии с продуктами фотолиза воды - ОН"- радика-0 лами. Эти радикалы являются очень сильными окислителями, уступающими по своей окислительной способности только фтору, именно они играют ведущую роль в процессе минерализации органических примесей.

На генерацию ОН*- радикалов в водных растворах РОВ направлены так называемые усиленные методы окисления (Advanced Oxidation Methods), которым в последнее время посвящается большое количество работ. При использовании усиленных методов в облучаемые водные системы вводят окислители, такие как Н2О2, Оз, или фотокатализаторы, например, диоксид титана (ТЮ2). Другой разновидностью усиленных методов деструкции является вакуумный ультрафиолетовый фотолиз РОВ под действием жесткого излучения эксимерных ламп.

Усиленные методы являются весьма перспективным способом решения проблемы очистки окрашенных сточных вод, а также позволяют окислять даже такие трудно разлагаемые органические вещетсва, как пентахлорфенолы, диоксины, полихлорированные бифенилы и др. Однако широкомасштабное применение этих процессов с целью обработки сточных вод все еще ограничено в частности тем, что наблюдается дефицит данных, необходимых для моделирования и масштабирования фотореакторов. # Цель работы состояла в исследовании кинетики фотохимического окисления некоторых органических веществ под действием УФ излучения различных источников в диапазоне энергий 5 - 7 эВ.

Заключение диссертации по теме «Экология», Щербакова, Галина Сергеевна

выводы

1. Изучена кинетика фотодеструкции органических красителей под действием излучения ксеноновой эксимерной лампы в разработанном исследовательско-лабораторном реакторе циркуляционного типа. Оценена величина энергии активации процесса, составившая 30 кДж/моль, и влияние на него гидродинамических условий в реакторе. Показано, что фотодеструкция красителей протекает в смешанной кинетической области.

2. На основании полученных результатов разработана модель для описания процессов фотоокисления РОВ под действием излучения ксеноновой эксимерной лампы, в рамках которой возможно получение важных кинетических параметров процесса - константы скорости реакции и стационарной концентрации ОН"- радикалов. С использованием дифференциального и интегрального методов обработки данных вычислены величины этих кинетических параметров. Константы скорости реакции для разных красителей принимают значения от 0,16 до 0,75 л/(мольс), стационарные концентрации ОН*- радикалов от 2,1-10"3 до 6,7-10"3 моль/л.

3. Исследована кинетика фотохимического окисления красителей, фенолов и других токсичных органических соединений в разработанном исследовательско-лабораторном змеевиковом реакторе на базе ртутно-кварцевой лампы низкого давления. Показано, что введение микродобавок пероксида водорода позволяет резко (в 2-10 раз) увеличить начальные скорости процесса окисления РОВ, причем происходит их глубокая деструкция.

4. Показано, что мощность излучения ламп и энергия квантов оказывают значительное влияние на процесс фотодеструкции красителей и гуминовых кислот в водных растворах: увеличение световой мощности на 30% сокращает длительность фотодеструкции в 2 раза. Нивелировать различия в скорости реакции, протекающей под действием УФ излучения различных источников, позволяет введение достаточных количеств пероксида водорода.

5. Установлены условия фотохимической подготовки проб перед определением тяжелых металлов методом инверсионной вольтамперометрии. Показано, что 20 минут облучения в змеевиковом реакторе в присутствии пероксида водорода достаточно для определения меди, кадмия и цинка. т

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Щербакова, Галина Сергеевна, 2004 год

1. Краснобородько И.Г. Деструктивная очистка сточных вод от красителей. Л., Химия, 1972. - 192 с.

2. Мельников Б.Н., Виноградов Г.И. Применение красителей: Учебн. для вузов. М.: Химия, 1986.-240 с.

3. Dhale A.D., Mahajani V.V. // Ind. Eng. Chem. Res. 1999. - V.38. - P. 2058-2064.

4. Joseph J.M., Destaillats H., Hung H.-M., Hoffmann M R. // J. Phys. Chem. A. 2000. - V. 104. -P. 301-307.

5. Химия окружающей среды. Под ред. Бокриса Д.А. М.: Химия, 1982. - 348 с.

6. Шевченко М.А., Таран П.Н., Гончарук В.В. Очистка природных и сточных вод от пестицидов. Л.: Химия, 1989. - 256 с.

7. Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. — М.: Химия, 1987. — 712 с.

8. Пааль Л., Кару Я., Мельдер X., Репин Б. Справочник по очистке природных и сточных вод. М.: Высшая школа, 1994. - 422 с.

9. Макаров С В., Белов ДВ. // Аналитический обзор. 1990 - Вып. 13. -102 с.

10. Okarnoto К., Yamamoto J., Tanaka Н. et al // Bull. Chem. Soc. Jap. 1985. - V.58, N7. - P. 2015-2022.

11. Barry G., Oliver B.G., Carey J.H. Homogeneous and heterogeneous photocatalysis/Ed. Pelizzetti E„ Serpone N. Dordrecht. Lancaster, Tokyo, 1985. - P. 629-648.

12. Бернадинер M.H., Санфиров E C. // Хим. пром. 1996. - № 6. - С. 390-397.

13. Moles F.D. et al. // Proc. Inst. Mech. Eng.: 3rd Eur. Conf. «Eug. Profit Waste». 1991. - P. 4751.

14. Cao J., Wei L., Huang Q., Wang L., Han S. // Chemosphere. 1999. - V.38, N3. - P. 565-571.

15. Deng N., Luo F., Wu F., Xiao M., Wu X. // Water Res. 2000. - V.34, N8. - P. 2408-2411.

16. Feng Wu, Nansheng D., Helin H. // Chemosphere. 2000. - V.41. - P. 1233-1238.

17. Slokar Y.M., Le Marechal A.M. // Dyes and Pigments. 1998. - V.37, N4. - P. 335-356.

18. Foorda J.S.B., Holta K.B.B., Comptona RGB., Markena F„ Kimb D.-H. // Diamond and Related Materials. 2001. - V.10, N3-7. - P. 662-666.

19. DeFazio S.A.K., Lemley A.T. // J. Environ. Sci. Health A. 1999. - V.34, N2. - P. 217-240.

20. Fan W.-P., Chao H.-J., Zhang J. // Nanjing huagong daxue xuebao. 2001. - V.23, N4. - P. 2832.

21. Arslan I., Balcioglu I. A. // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2001. - V.76. - P. 53-60.

22. Ciardelli G., Ranieri N. // Water Res. 2001. - V.35, N2. - P. 567-572.23.