ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ФЕНОЛА ПРИ ПОВЫШЕННОМ ДАВЛЕНИИ КИСЛОРОДА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ СУЛЬФАТА НАТРИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

химия

Ф.Г. Гэсанова. МЛ. Керемов, З.М. Алиев. Электрохимическое окисление фенола при повышенном давлении кислорода а водных растворах сульфата натрия

УДК 628.16.065

Электрохимическое окисление фенола при повышенном давлении кислорода в водных растворах сульфата натрия

Ф.Г. Гасанова, М.А. Керемов, З.М. Алиев

В числе важнейших проблем современности можно назвать охрану биосферы от биогенных органических загрязнителей. Одним из наиболее токсичных компонентов природных и сточных вод является фенол. Полная очистка производственных стоков от фенолов важная народохозяйственная проблема. Многообразие систем, содержащих фенолы, по химическому составу и условиям образования затрудняет подбор оптимальных методов для их обезвреживания и утилизации. Это связано с тем, что, во-первых, технология полной очистки воды, как правило, требует соблюдения особых условий, которые трудно выполнимы на практике. Во-вторых, многие эффективные способы глубокой очистки фенол содержащих вод сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами, использованием дефицитных реагентов с последующей их регенерацией, утилизацией или захоронением отходов.

Важное место в очистке сточных вод и водоподготовке занимают такие электрохимические методы, как электродеструкция и электрокоагуляция [1 - А].

Цель работы - изучение влияния материала анода и давления кислорода на электрохимическое окисление фенола.

Методика эксперимента и экспериментальные данные. Исследования в области электрохимической очистки фенслсодержащих вод проводили в бездиафраг-менном электролизере с использованием анодов из графита и платины, катода из свинца. В электролитическую ячейку заливали 200 мл модельного раствора с концентрацией по фенолу 100 мг/л и 14,2 г/л по сульфату натрия. Электролиз проводили в течение 1 часа при температуре 20 сС. По окончании отбиралась проба и анализировалась на содержание фенола фотокалориметрическим методом, основанным на образовании комплекса фенола с 4-аминоантипирином. Электролиз проводился при атмосферном давлении и под давлением кислорода 0,0; 0,4: 0,8: 1,0 МПа. Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1

Зависимость степени очистки фенолсодержащих вод от давления и материала анода

(Сф= 1,06-Ю"3 М, \а - 10 мА/см2, ¡, = 5 мА/см2)

Материал анода ! С0. Ю"3 М Р, МПа Степень очистки, %

0,23 0,0 78,5

платина 0,11 0,4 . 89;6

| 0,05 ' 0.8 94,9

0,04 1.0 : 96,2

0,26 0,0 75,0

графит 0,14 0,4 86.8

0.7 0,8 93,4

0,5 1,0 94,8

Как видно из таблицы 1. с повышением давления степень очистки фенольных вод увеличивается на обоих электродных материалах. Степень очистки на платине незначительно выше, чем на графите. Это объясняется тем, что: несмотря на пористость графита и низкую величину истинной плотности тока на этом электроде, на платине скорость восстановления кислорода и образования активных кислородсодержащих частиц гораздо выше.

ХИМИЯ Ф.Г. Гасанова, М.А. Керемов. З.М. Алиев. Электрохимическое окисление фено-

ла при повышенном давлении кислорода в водных растворах сульфата натрия

Рассчитанные величины энергетических затрат на очистку фенольных вод представлены в таблице 2.

Таблица 2

Зависимость затрат электроэнергии от давления и материала анода (Са = 1,06-Ю'3 М, \а = 10 мА/см?: ¡к = 5 мА/см2)

Материал анода 8 Р. МПа

и. В

платина

0,8

графит

] _1,0

!__0,0

! 0.4

-.....

1,0

___

W, кВт ч/г

2,9

2,8

4,8

3,9

3,4

1 0,0 4,5 0.029

0,4 3:5 0,019

0,015

0.015

0,032

0.022

0.018

3,2

0,017

Ч

Как видно из таблицы 2 при проведении электролиза под давлением кислорода снижается напряжение на электролизере за счет того, что на катоде восстанавливается кислород вместо выделения водорода и снижаются затраты электроэнергии за счет окисле-! ния фенола на обоих электродах и частично в объеме электролизера.

При проведении процесса электрохимического окисления фенола под давлением кислорода протекают следующие электродные реакции:

На катоде: 02 + 2Н20 + 2ё = Н202 + 20Н""

С5Н5ОН + 8Н202 = С4Н4О4 + 2С02 + 9Н20 На аноде- С6Н5ОН + 7Н20 - 16ё = 16Н+ + С4Н404 + 2С02 электролиз

С6Н5ОН + 402 -----> С4Н,0, + 2С02 + Н20

Для проведения электролиза можно использовать установку, представленную на рис. 1. Сточная вода поступает в усреднитель, затем в автоклав-электролизер, где происходит процесс электрохимического окисления. Процесс проводят при плотности тока 100 - 200 А/м2 с использованием анодов из графита под давлением кислорода 0,8 -1,0 МПа. Расход электроэнергии составляет 0,017 - 0,018 кВт ч/г.

химия

Ф.Г. Гасанова: МЛ. Керемов, З.М. Алиев. Электрохимическое окисление фенола при повышенном давлении кислорода в водных растворах сульфата натрия

Сточная вола

Очищенная вода

Кислород

Рис. 1. Схема установки электрохимической очистки сточных вод:

1 - усреднитель. 2 - автоклав - электролизер 3 - источник постоянного тока

Литература

1 Вишняков В.Г., Лохматова Т.Ф. Электрохимический метод очистки сточных вод. Обзооы по отдельным производствам химической промышленности. - М.: НИИТЭ-ХИМ, 1984. - 88 с.

2 Булгакова Л.Ю Волков В.Л., Янченко М.Ю. Электрохимическая очистка промышленных сточных вод // 2-я Всероссийская конференция с международным участием «Химическое разоружение - 2000. Экология и технология CHEMDET-2000: Материалы. - Ижевск, 2000. - С. 11-12.

3. Химия промышленных сточных вод: Пер. с анг. / Под ред. А. Рубина, - М.: Химия. 1983,

4. Томилов А.П.. Харламова Т.А. Электрохимия органических соединений в химической промышленности ¡1 Рос. хим. журнал. 1993. № 1. - С. 490-493.