CC BY
11
УДК 553.611.6; 66.097
Чечерина А.Ю., Конькова Т.В., Стоянова А.Д.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КАТАЛИЗА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КРАСИТЕЛЯ АЗОРУБИНА В ПРИСУТСТВИИ ГЛИНЫ БЕЛГОРОДСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Чечерина Анастасия Юрьевна, студент 4 курса бакалавриата кафедры ТНВ и ЭП. Конькова Татьяна Владимировна, д.т.н., доцент, профессор кафедры ТНВ и ЭП.
Стоянова Алёна Дмитриевна, к.т.н., старший преподаватель кафедры ТНВ и ЭП; milyutina alena rhtu@ mail.ru. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Экспериментально изучен каталитический процесс очистки водного раствора от органического красителя азорубин по реакции Фентона. В качестве катализатора в исследовании использовался образец глины месторождения «Поляна» Белгородской области с размерами частиц 0,1-0,5 мм.
Ключевые слова: каталитический процесс, катализатор, глина, степень обесцвечивания, органический краситель, азорубин.
INVESTIGATION OF THE CATALYSIS EFFICIENCY FOR THE PURIFICATION OF AQUEOUS SOLUTIONS OF THE AZORUBIN DYE IN THE PRESENCE OF CLAY FROM THE BELGOROD DEPOSIT
Checherina Anastasia Yurievna, Kon'kova Tatiana Vladimirovna, Stoyanova Alyona Dmitrievna D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The catalytic process ofpurification of an aqueous solution from the organic dye azorubin has been experimentally studied by the Fenton reaction. A sample of clay from the «Polyana» deposit in the Belgorod Region with a particle size of 0.1-0.5 mm was used as a catalyst in the study.
Keywords: catalytic process, catalyst, clay, degree of discoloration, organic dye, azorubin.
Глобальная экономическая активность XIX-XXI вв., связанная с развитием промышленности, транспорта, ростом городов и поселений, спровоцировала масштабные антропогенные загрязнения природных, подземных и поверхностных вод промышленными, сельскохозяйственными и коммунальными сточными водами.
Из-за возросшей нагрузки загрязнений и большого количества новых веществ и материалов, сбрасываемых в природные водоемы, процессы очистки природных вод не могут в полной мере обеспечить эффективный возврат воды в исходное состояние.
Состав сточных вод становится все более сложным из-за синтеза новых химических веществ и композиций, которые часто обладают токсичными свойствами.
На сегодняшний день наиболее быстрорастущей отраслью является текстильная и пищевая промышленности, которые производят большие объемы сточных вод, содержащих значительное количество органических соединений, в том числе красители [1]. В свою очередь красители нелегко поддаются химической или биологической очистке. Кроме того, в последние годы стоимость очистки сточных вод для текстильной промышленности быстро растет, поэтому поиск более экономически эффективных методов очистки является актуальной задачей.
Каталитическое окисление органических веществ (в том числе азокрасителей) в сточных водах - один из возможных методов их детоксикации, наряду с адсорбционным и биологическим методами [2]. Многие исследования показывают, что процесс Фентона является эффективным и экономичным методом
очистки сточных вод от красителей, так как образуются активные гидроксильные радикалы, в результате взаимодействии пероксида водорода с ионами переходных металлов (Бе, Мп, Си, Со). Условия проведения процесса очистки должны не только обеспечивать приемлемый уровень очистки стоков, но и быть экономически выгодными [3].
Целью настоящей работы является исследование эффективности каталитического процесса очистки водных растворов органического красителя азорубина в присутствии глиняного катализатора Белгородского месторождения различной фракции.
Материалы и методика
В работе в качестве катализатора был использован образец глины месторождения «Поляна» (Белгородская область) с содержанием монтмориллонита 50-60% (П).
Каталитическая очистка водного раствора от органического красителя азорубин глиной Белгородского месторождения осуществлялась при помощи катализа по реакции Фентона в термостатическом реакторе с мешалкой. В качестве окислителя использовали пероксид водорода.
Для эксперимента использовали объем раствора 300 мл, концентрация красителя составляла 23 мг/л, масса катализатора - 1,5 г, рН = 3. Каждые 15 минут в раствор добавляли пероксид водорода объемом 1,5 мл.
Для стабилизации активного компонента катализатора (железа), глину подвергали термообработке. Для этого проводили прокаливание глины в атмосфере воздуха при 500оС. Время прокаливания составляло 4 ч.
Текстурные характеристики образцов рассчитывали на основании изотерм адсорбции-десорбции азота при
температуре 77 К, полученных на объемнометрической установке Nova 1200e (Quantachrome, США).
При помощи ситового анализа образец глины разделяли на 2 фракции с размером частиц 0,2-0,1 мм и 0,5-0,2 мм.
По окончанию процесса катализа раствор фильтровали с помощью фильтровальной бумаги марки «Синяя лента». Определение концентрации красителя азорубина в растворе проводилось на спектрофотометре «ЮНИКО 1201» при длине волны 517 нм.
Эффективность очистки водных растворов от азорубина оценивали по степени обесцвечивания X, %, которую рассчитывали по формуле (1), где Сас/Са -начальная/конечная концентрация иона металла, мг/л:
X =
Сдо ^я
, (1)
Результаты и их обсуждение
Исследованные текстурные характеристики образца глины Белгородского месторождения приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Текстурные характеристики глины
Образец м2/г V, см3/г Умикро, см3/г Dме, нм
Белгородская глина 64,1 0,078 0,01 4,0
Были получены экспериментальные данные каталитического процесса очистки водных растворов от органического красителя азорубина в присутствии образца глины Белгородского месторождения с различными размерами частиц (таблица 2).
Таблица 2 - Результаты эксперимента каталитической очистки водных растворов, содержащих краситель азорубин в зависимости от размера частиц глины Белгородского
Время, мин 0,1-0,2 мм 0,2-0,5 мм
D С, мг/л D С, мг/л
0 0,828 23,00 0,828 23
10 0,476 13,22 0,361 10,028
20 0,466 12,94 0,210 5,833
30 0,235 6,53 0,200 5,556
40 0,084 2,33 0,150 4,167
50 0,015 0,42 0,009 0,25
60 0,005 0,14 0,000 0,01
70 0,001 0,03 0,000 0,01
Условия эксперимента: С (азорубина) = 23 мг/л, т (катализатора) = 1,5 г; V (Н2О2) = 1,5 мл каждые 15 минут; рН = 3,0
Каталитический процесс на образце глины Белгородского месторождения идет достаточно быстро вне зависимости от размеров частиц. По истечению 50 минут катализа концентрация красителя азорубина уменьшилась с 23 мг/л до 0,25 и 0,40 мг/л в присутствии частиц глины с размерами 0,1-0,2 и 0,2-0,5 мм соответственно. После 70 минут каталитического процесса концентрация азорубина уменьшилась до 0,01-0,03 мг/л на обеих фракциях.
На рисунке 1 представлена зависимость степени обесцвечивания раствора азорубина от продолжительности каталитического процесса в присутствии образца глины «Поляна» Белгородского месторождения с различными размерами частиц: диаметры частиц одной фракции составляла 0,1-0,2 мм, а второй фракции - 0,2-0,5 мм.
30 40 50 60 70 Время, мин
Рисунок 1 - Зависимость степени обесцвечивания раствора азорубина от продолжительности каталитического процесса в присутствии катализатора глины Белгородского месторождения с размерами частиц: 1- 0,1-0,2 мм; 2 - 0,2-0,5
мм
Условия: С(азорубина) = 23 мг/л, т(катализатора) = 1,5 г; V (H2O2) = 1,5 мл каждые 15 минут; pH = 3,0
Опираясь на результаты эксперимента (таблица 2, рисунок 1), можно сделать вывод, что извлечение органического красителя азорубина каталитическим методом проходит эффективно: степень обесцвечивания растворов достигает 99% после 60 минут процесса.
Заключение
Таким образом, была показана возможность каталитического извлечения органического красителя азорубин из водных растворов при применении катализатора Белгородского происхождения «Поляна» с содержанием монтмориллонита 50-60%.
Установлено, что исследованный размер частиц катализатора никак не влияет на эффективность процесса водного раствора азорубина - на обеих фракциях глины (0,1-0,2, 0,2-0,5 мм) катализ проходил эффективно.
Список литературы
1. Gürses Ahmet, A£ikyildiz Metin, Güne§ Kübra, Gürses M. Sadi. Dyes and Pigments, Classification of Dye and Pigments. // Springer Briefs in Molecular Science. -2016. - Chapter 3. - P. 31-45.
2. Конькова Т. В., Просвирин И. П., Алехина М. Б., Скорникова С. А. Кобальтсодержащие катализаторы на основе Al2O3 для окислительной деструкции органических красителей в водной фазе // Кинетика и катализ. - 2015. - №2. - С. 207-213.
3. Папкова М. В., Алехина М. Б., Конькова Т. В. Высококремнистые цеолиты - носители катализатора процесса Фентона для очистки сточных вод // Успехи в химии и химической технологии. - 2011. - Т. 25, № 8 (124). - С. 53-58.
