CC BY
17УДК 628.16.065
Фотоэлектрохимическое окисление фенола Д.Б. Магомедова, Ф.Г. Гасанова, Х.М. Магомедова, З.М. Алиев
Фенольные воды являются одними из наиболее вредных видов сточных вод и подлежат обязательной очистке. Группа гидроксипроизводных бензола, объединяемая термином «летучие фенолы», включает ряд соединений, перегоняемых с водяным паром. К ним относят фенол, крезолы, ксиленолы, этиленфенолы, гваякол и некоторые другие соединения фенола с небольшими алкильными группами.
Термальные воды в Дагестане находят практическое применение в теплоснабжении и горячем водоснабжении коммунальных, промышленных, сельскохозяйственных предприятий. Содержание фенолов в этих водах значительно превышает ПДК, поэтому возникают проблемы охраны окружающей среды, связанные со сбросом отработанных вод.
В настоящее время для удаления фенола из сточных и природных вод используются регенерационные (экстракция, адсорбция, ионный обмен) и деструктивные (химическое, электрохимическое, фотохимическое, фотоэлектрохимическое окисление) методы [1 - 5].
Одним из перспективных методов очистки природных вод от фенолов является фотоэлектрохимическая очистка. Экспериментальные исследования по фотоэлектрохимическому окислению фенолов проводили во фторопластовой ячейке. Источником УФ-излучения была кварцевая лампа. Анодом служил титан, на который нанесен диоксид титана, катодом - платина. Сила тока 0,5 мА. Полученные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1. Изменение концентрации фенола при фотоэлектрохимическом окислении (V = 200 мл, Сфенола = 10 мг/л)
т, мин. С, мг/л Степень очистки, %
10 6,5 35
20 4,8 52
30 3,7 63
40 3,2 68
50 3,0 70
60 2,8 72
На рисунке 1 представлены сравнительные данные по деструкции фенола фотолизом, электрохимическим и фотоэлектрохимическим окислением. Из рисунка видно, что скорость разложения фенолов при фотоэлетрохимическом окислении выше в сравнении со скоростями отдельно примененных процессов.
Рис. 1. Зависимость убыли фенола от времени. V = 200 мл, 1 - электрохимическое окисление (теоретически рассчитанные данные), I = 0,5 мА; 2 - фотооблучение; 3 - фотоэлектрохимическое окисление, I = 0,5 мА
Были также проведены исследования по фотоэлектрохимическому окислению фенола при пропускании кислорода. Полученные данные представлены на рис. 2. Как видно из рисунка, при пропускании кислорода процесс фотоэлектрохимического окисления фенола протекает более эффективно.
Рис. 2. Зависимость степени очистки от времени при фотоэлектрохимическом окислении. V = 200 мл, Сфенола = 10 мг/л. 1 - с подачей кислорода; 2 - без подачи кислорода
Рис. 3. УФ-спектр. 1 - исходный раствор. Время проведения процесса фотоэлектрохимического окисления: 2 - 30 минут, 3 - 50 минут
Для идентификации продуктов фотоэлектрохимического окисления использовали данные УФ-спектров (рис. 3).
Вначале максимум поглощения смещается в сторону меньших длин волн, а при достаточном времени проведения процесса раствор перестает поглощать свет в УФ-области. В УФ-области при X = 270 нм свет поглощается не только фенолом, но и возможными промежуточными продуктами его окисления, имеющими ароматическую природу и сопряженные двойные связи. В результате их окисления образуются карбоновые кислоты, имеющие максимум поглощения при 210 нм.
Изучен процесс очистки термальной воды от фенола фотоэлектрохимическим окислением при пропускании кислорода. Полученные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3. Изменение концентрации фенола в термальной воде при фотоэлектрохимическом окислении с подачей кислорода в систему (V = 200 мл,
Сфенола = 8,7 мг/л, I = 0,5 мА)
т, мин. С, мг/л Степень очистки, %
10 5,5 36,8
20 3,4 60,9
30 2,2 74,7
40 1,4 83,9
50 0,7 92,0
60 0,1 98,8
Как видно из данных таблицы, при проведении фотоэлектрохимического окисления с подачей кислорода за 50 минут степень очистки термальной воды от фенола составила 92 %, для модельных растворов - 98 %.
При фотоэлектрохимическом окислении снижается не только содержание фенола, но и ХПК с 1800 до 440 мгО/л. Представленные данные показывают, что при использовании титанового анода с покрытием из диоксида титана фотоэлектрохимическим методом с подачей кислорода наблюдается высокая степень очистки (98,8 %) термальной воды от фенола.
Литература
1. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987. - 312 с.
2. Волгина Т.Н., Кукурина О.С., Новиков В.Н. Исследование деструкции фенола окислительным способом // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. № 1. - С. 41 - 44.
3. Рабаданов Г.А., Рамазанов А.Ш., Кагиров Ю.А. Обесфеноливание термальных вод каталитическим методом // Тез. доклад. конф. «Химики Северного Кавказа -народному хозяйству» - Махачкала, 1987 - С. 74.
4. Бузанова Г.Н., Каракозов Н.В., Каталкин С.Ю. Сорбция фенола активными углями из водных растворов // Журн. прикл. химии. 1994. № 6. - С. 1035 -1037.
5. Низова Г.В., Бочкова М.М., Козлова Н.Б., Шульгин Г.Б. Фотохимическая аэробная детоксикация водных растворов фенолов, промотируемая солями железа или оксидами железа, ванадия, меди // Журн. прикл. химии. 1995. № 3. - С. 513 - 517.
