CC BY
3
УДК 628.3
Блинова А.Д., Артеменко А.А., Конькова Т.В.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ В ВОДНОЙ ФАЗЕ
Блинова Анастасия Дмитриевна - магистрантка 1-го года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; blinova_anastasia_dmitrievna@muctr.ru
Артеменко Анастасия Алексеевна - магистрантка 1-го года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; artemenko_anastasia_alekseevna@muctr.ru Конькова Татьяна Владимировна - доктор технических наук, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; kontat@list.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В статье была изучена каталитическая деструкция азорубина и метиленового голубого в водном растворе в присутствии природных цеолитов: шабазита и клиноптилолита в качестве катализаторов. Было выявлено, что клиноптилолит, который имеет удельную поверхность меньшую нежели шабазит, показывает более высокую степень превращения красителей в каталитической окислительной деструкции. Степень очистки клиноптилолита и шабазита от азорубина составила 1 и 89 соответственно, от метиленового синего составила 0,94 и 0,92 соответственно.
Ключевые слова: клиноптилолит, шабазит, процесс Фентона, азорубин, голубой метиленовый.
USE OF NATURAL ZEOLITES FOR CATALYTIC OXIDATIVE DEGRADATION OF ORGANIC DYES IN THE AQUEOUS PHASE
Blinova A. D., Artemenko A.A., Konkova T.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation 125480, Moscow, st. Geroev Panfilovtsev, 20
The article studied the catalytic degradation of azorubine and methylene blue in an aqueous solution in the presence of natural zeolites: chabazite and clinoptilolite as catalysts. It has been found that clinoptilolite, which has a lower specific surface area than chabazite, exhibits a higher degree of dye conversion in catalytic oxidative degradation. The degree of purification of clinoptilolite and chabazite from azorubine was 1 and 0,89, respectively, from methylene blue was 0,94 and 0,92, respectively.
Keywords: clinoptilolite, shabazite, Fenton process, karmazine, methylene blue.
Введение
В настоящее время одна из главных проблем человечества - это загрязнение гидросферы нашей планеты. В современном мире возрастает темп увеличения водопотребления. Многие страны сталкиваются с проблемой дефицита воды, особенно пресной, по причине загрязнения мирового океана. Это связано, в первую очередь, с воздействием деятельности человека на природу. Человеческое воздействие в виде засорения сточными водами производств органическими и неорганическими веществами рек, озер, водоемов. [1]
Существует множество методов очистки сточных вод. Выбор определенного метода зависит от многих параметров, таких как вид, место загрязнения и также возможность использования данных методов очистки.
Одним из эффективных методов очистки сточных вод является процесс Фентона [2]. Гетерогенные катализаторы Фентона обладают преимуществами по сравнению с гомогенными, поэтому широко используются в промышленности для деградации многочисленных техногенных загрязнителей в сточных водах с помощью радикальных реакций.
Механизм действия катализатора заключается в первоначальном генерировании радикала по реакции Фентона:
Бе2++ Н2О2 ^ Fe3++ ОН- + ОН" Генерированные радикалы инициируют протекание последующих необходимых
радикальных реакций с примесями. В качестве носителей ионов железа предложено использовать различные классы веществ: цеолит, лапонит, пирит, монтмориллонит, полиэтилен, фторсодержащую полимерную пленку "Ыайоп", наномагнетит и др.[3]
Большое внимание исследователей привлекают сорбенты - молекулярные сита (цеолиты). Это алюмосиликатные адсорбенты кристаллической структуры с очень тонкими порами, размеры которых соизмеримы с размерами молекул. В решётке цеолита часть ионов Si4+ заменена ионами А13+, вследствие чего решётка обладает некоторым избыточным отрицательным зарядом,
компенсируемым различными катионами.
Разновидностями адсорбентов цеолитов являются клиноптилолит и шабазит. Установлено, что сорбент на основе клиноптилолита позволяет адсорбировать на его поверхности ионы металлов и молекулы органических водорастворимых веществ, используется для извлечения из модельных вод
органических водорастворимых веществ с большой молекулярной массой. [4]
Целью данной работы являлось проведение каталитической очистки сточных вод от красителей с помощью шабазита и клиноптилолита в качестве катализаторов типа Фентона.
140
40
и о
они tue tw ОАО wo um ио
р,р.
Рис.1 Изотермы адсорбции-десорбции N2 при температуре 77 К на шабазите
10
р/р,
Рис.2 Изотермы адсорбции-десорбции N2 при температуре 77 К на клиноптилолите
Экспериментальная часть
Для эксперимента были взяты клиноптилолит ((№& К, Са)2-3Л13(Л1, 81)28113036 •12Н20) и шабазит ((Са, №2) [Л12814012] • 6Н20). Для увеличения содержания активного компонента железа в природных клиноптилолите и шабазите,цеолиты пропитывали 2 М раствором нитрата железа (III). Для стабилизации активного компонента - железа в составе цеолитов их подвергали термообработке. Прокаливание проводили в атмосфере воздуха при 500оС в течении 2 часов.
Текстурные характеристики цеолитов определяли методом низкой температурной адсорбции азота. Посредствам изотерм адсорбции можно судить о том, что материалы мезопористые, в случае обоих образцов мы наблюдаем петлю гистерезиса. При анализе изотермы шабазита наблюдаются микропоры.
Таблица 1 - Текстурные характеристики цеолитов.
№ Образец 8уд, м2/г см3/г
1 Шабазит 341 0,190
2 Клиноптилолит 24,1 0,095
3 Клиноптилолит пропитанный железом 25,9 0,083
4 Шабазит пропитанный железом 54,7 0,031
У клиноптилолита удельная поверхность меньше, чем у шабазита, объём пор образцов соизмерим.
В качестве модельного вещества, подлежащего окислительной деструкции был выбран анионный краситель азорубин (СгоНпКгКагОуЗг) и метиленовый голубой (С16Н18СШ38). Азорубин («кармуазин») -это азокраситель красного цвета, состоящий из двух субъединиц нафталина, является пищевой добавкой, относящаяся к группе пищевых красителей с индексом Е122.
Метиленовый голубой - (лат. МеШу1епиш ооеги1еиш; К,К,№,№-тетраметилтионина хлорид тригидрат, 3,7-бисдиметиламинофено-тиазин хлорид, метиловая синь, метиленовый голубой) - краситель. Представляет собой тёмно-зеленые кристаллы с бронзовым блеском.
Для катализа были взяты цеолиты массой 0,1 г, растворы объёмом 50 мл с концентрациями 10 мг/л азорубина и 20 мг/л метиленового голубого. В целях поддержания водородного показателя равного 3 добавлялся раствор соляной кислоты объёмом 0,1 мл с концентрацией 2 М, также разово добавлялся пероксид водорода (Н202) в количестве 0,05 мл, температура в течение всего катализа составляла 60
оС.
Содержание красителей в растворах определялось с помощью спектрофотометрии. На приборе «СФ-2000» измерялась оптическая плотность растворов, после чего высчитывались концентрации и степени превращения красителей. Концентрацию для каждого раствора красителя рассчитывали по калибровочному графику. Длина волны для красителя азорубина составляет 517 нм, а для красителя метиленового голубого составляет 660 нм.
0.9
«
— 0,8
X
I 0,7
та
I 0.6
V
^ с: 0,5
л
у 0,4
с
j - 0,3
U
0.S
0,1
о »
О 2 4 « 8 10 >2
Время, мин
Рис.3 Зависимость степени превращения красителя азорубина от времени в результате процесса Фентона в присутствии катализатора шабазита
Рис.4 Зависимость степени превращения красителя азорубина от времени в результате процесса Фентона в присутствии катализатора клиноптилолита
Рис.5 Зависимость степени превращения метиленового голубого от времени в результате процесса Фентона в присутствии катализатора шабазита
Рис.6 Зависимость степени превращения метиленового голубого от времени в результате процесса Фентона в присутствии катализатора клиноптилолита
Кинетические кривые свидетельствуют о том, что каталитическая деструкция азорубина и метиленового голубого проходит с более высокой скоростью с помощью катализатора клиноптилолита, степень превращения при этом составила 1 и 0,94 соответственно. В присутствии шабазита деградация красителей протекает медленнее и степень превращения достигает 0,69 и 0,93 соответственно. Исходя из представленный данных более целесообразно очищать водные стоки от красителей с помощью клиноптилолита.
Заключение
В процессе работы были исследованы процессы каталитической деструкции азорубина и метиленового синего в водном растворе с использованием природных цеолитов: шабазита и клиноптилолита в качестве катализаторов. Несмотря на то, что у клиноптилолита удельная поверхность на порядок ниже, чем у шабазита в процессе исследования было выявлено, что целесообразнее применять клиноптилолит в качестве катализатора, так как с его помощью в более короткие сроки достигается более высокая степень очистки независимо от вида красителя.
Список литературы
1. Кудрявцева В. О., Александрова Е. В. Загрязнение гидросферы //Актуальные проблемы естественнонаучного образования, защиты окружающей среды и здоровья человека. - 2015. - Т. 1. - №.1. - С. 94-97.
2. Ватин Н. И. и др. Применение цеолитов клиноптилолитового типа для очистки природных вод //Magazine of Civil Engineering. - 2013. - №. 2 (37). - С. 81-88.
3. Конькова Т. В., Алехина М. Б., Садыков Т.Ф., Никифорова М.А., Михайличенко А. И., Либерман Е.Ю. Гетерогенные катализаторы фентона для очистки сточных вод от органических красителей //Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2012. - Т. 55. - №. 11. - С. 85-89.
4. Чумаков А. А. и др. О природе интермедиатов в системах Фентона. - 2017.
