CC BY
11
УДК 628.31 Саранцева А.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ФЕРРАТА НАТРИЯ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ФУКСИНА)
Саранцева Анастасия Алексеевна - бакалавр 3-го года обучения факультета биотехнологии и промышленной экологии; [email protected].
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125480, ул. Героев Панфиловцев, дом 20.
В статье рассмотрены возможности использования отходов металлургического производства с целью получения реагента-окислителя - феррата натрия. Для синтеза феррата был использован процесс анодного растворения железного электрода в растворе щелочи. Произведена оценка окислительной способности феррата натрия в процессах водоочистки от органических соединений на примере красителя фуксина. Подтверждена высокая окислительная способность реагента. Отмечено, что коислительная способность ферритов незначительно снижается в процессе хранения.
Ключевые слова: феррат натрия, электрохимический синтез, краситель, фуксин
INVESTIGATION OF THE OXIDIZING ABILITY OF SODIUM FERRATE IN THE PROCESSES OF WASTEWATER PURIFICATION FROM DYES (ON THE EXAMPLE OF FUXIN)
Sarantseva A.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article considers the possibility of using waste from metallurgical production in order to obtain an oxidizing agent - sodium ferrate. For the synthesis offerrate, the process of anodic dissolution of an iron electrode in an alkali solution was used. The oxidizing ability of sodium ferrate in the processes of water purification from organic compounds was assessed using the example of the fuchsin dye. The high oxidizing ability of the reagent was confirmed. It is noted that the oxidative probability of ferrites slightly decreases during storage. Keywords: sodium ferrate, electrochemical synthesis, dye, fuchsin
Введение
С повсеместным ростом производств значительно увеличивается водопотребление, ровно, как и спрос на чистую воду высокого качества. Наряду с этим в современном мире значительная часть водных ресурсов подвергается негативному воздействию на протяжении длительного промежутка времени. Сброс предприятиями сточных вод, содержащих в своем составе органические поллютанты, ведет к значительному ухудшению состояния окружающей среды. Попадание в сточные воды различных органических поллютантов может привести к широкому спектру негативных последствий как для биоценозов, так и для человека. Токсичные соединения могут накаливаться по трофическим цепям в результате процессов биоаккумуляции, а их метаболиты могут стать средой для ускоренного размножения патогенных микроорганизмов [1]. С учетом возрастающего спроса на чистую пресную воду, постоянного ухудшения качества воды из источников поверхностного водоснабжения можно сделать вывод, что разработка и апробация новых технологий очистки сточных вод от различных поллютантов является актуальной и стратегически важной задачей.
С целью улучшения экологической ситуации разрабатываются и исследуются различные деструктивные методы очистки сточных вод от органических соединений. Наиболее приоритетными являются методы очистки сточных вод, которые не
только экономичны, но и эффективны в отношении максимально широкого спектра поллютантов. Наибольшее распространение ввиду высокой эффективности и простой аппаратурной схемы получил реагентный метод. Данный процесс подразумевает обработку сточных вод химическим реагентом, который способен связывать (коагулянт/флокулянт) [2] или разрушать (окислитель) различные формы загрязняющих веществ. В качестве реагента-окислителя наиболее часто используют пероксид водорода, гипохлорит натрия (или другие хлорпроизводные), а также озон [3-4].
В рамках данной работы была проведена оценка возможности применения окислителя на основе феррата натрия в процессах деструкции красителя (фуксин) в модельной воде. Обработка сточных вод ферратом натрия позволит не только очистить воду, но и снизить объем, образующихся отходов, так как в качестве сырья для получения феррата натрия можно использовать старые металлические предметы, утратившие свой функционал (старые гвозди, гаечные ключи, цепи и многое другое).
Целью данного исследования являлась оценка эффективности использования феррата натрия в качестве реагента для реализации процесса окислительной деструкцию раствора фуксина. В качестве дополнительной цели была обозначена необходимость изучения окислительной активности получаемого феррита в процессе хранения.
Объекты и методы исследования
Синтез феррата натрия проводили электрохимическими методом - анодное растворение металлической (железной) пластины в щелочных растворах гидроксида натрия различной концентрации (10, 15, 20%) [5]. Процесс растворения вели в течение 30 минут, до начала снижения плотности тока за счет процессов пассивации электродов.
Для подачи на электрические цепи нагрузки с варьируемыми напряжением и силой тока использовали блок питания Ya Хип PS-305D, при этом значения вольтметра и амперметра задали равными 5 А и 10 В соответственно.
Окислительную способность ферратов натрия исследовали на рабочих растворах фуксина с исходной концентрацией 0,06 г/л и 0,006 г/л.
Определение концентрации фуксина до и после окисления ферратом натрия проводили спектрофотометрическим методом на фотометре КФК-3-«ЗОМЗ» на зеленом светофильтре (Х=530 нм).
Обсуждение результатов
На первом этапе исследования была изучена окислительная способность феррата натрия на модельных растворах фуксина в зависимости от концентрации щелочи, в которой проводили электролиз. К 50 мл растворов фуксина добавляли по 2,5 мл реагента-окислителя, выдерживали 30 минут, фильтровали и анализировали на спектрофотометре. Результаты эффективности окисления в зависимости от концентрации щелочи представлены на рис. 1.
—*—0,06 г/л —•—0.006 г/л
ч;-----——
О 5 10 15 го
Концентрация МаЗН %
Рис. 1. График зависимости оптической плотности модельной воды от концентрации исходного раствора гидроксида натрия.
По данным графика можно судить о высокой окислительной способности феррата натрия, так как наблюдается значительное снижение оптической плотности, что может говорить о разложении фуксина. График отражает, что максимальной окислительной способностью обладает реактив, приготовленный на 20%-ом растворе щелочи. Данное явление объясняется в первую очередь более высокой коррозионной способностью щелочных растворов в отношении железных анодов.
На втором этапе исследований была исследована окислительная способность синтезированных при
описанных ранее условиях ферратов в зависимости от времени хранения растворов. Эксперименты проводили на 0, 5 и 12 день после синтеза оценивая окислительную активность ферритов в процессе очистки модельного раствора фуксина с исходной концентрацией красителя 0,06 г/л. Полученные в результате эксперимента данные представлены на рис. 2.
Эксперименты по окислению модельных растворов фуксина на 5 и 12 день после синтеза показали, что окислительная способность реагента, приготовленного на 15% растворе гидроксида натрия, со временем практически не изменяется. Для других растворов деструктивная способность снижается незначительно. Данный эксперимент говорит о том, что использование реагента для очистки сточных вод от органических поллютантов возможно спустя продолжительное время после синтеза.
2,5
■ иогод+шй рагт&ор, 0.0Б г/л иШйМаОН ■ 15% МаОН иЗО^аОН
1
о -
х
с к ш
й 1 г
¡1
0,5 О
1 5 12
Время хранения раствора,сут
Рис. 2. Диаграмма, отражающая окислительную
способность фуксина в день синтеза, на пятый и двенадцатый день после синтеза.
Заключение
Полученные в результате исследований данные позволяют сделать вывод о высокой перспективности применения ферратов в процессах окислительной деструкции органических соединений.
Использование для синтеза металлсодержащих отходов различных производств в свою очередь позволит минимизировать объемы размещаемых на хранение отходов, а значит и существенно снизить уровень негативного воздействия полигонов на окружающую природную среду [6-7].
Использование феррата натрия в качестве реагента-окислителя для очистки сточных вод от опасных органических поллютантов имеет высокий потенциал, однако в рамках дальнейших исследований необходимо установить склонность ферратов к образованию устойчивых к окислению/коагуляции комплексов железа с органическими лигандами [8-9].
Научный руководитель к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Кузин Евгений Николаевич
Список используемой литературы
1. Эльхам Э.А., Романова Т.А. Влияние фармацевтических отходов на окружающую среду и проблемы обращения с ними. Межд. научно-исследовательский журнал 2021. No 6 (108), С. 15-17
2. Кручинина Н.Е., Гордиенко М.Г., Кузин Е.Н., Войновский А.А. Оптимизация процесса получения отвержденных форм алюмокремниевого флокулянта-коагулянта для применения в очистке сточных вод // Безопасность в техносфере. 2012. № 4 (37). С.21-25.
3. Emzhina V.V., Kuzin E. N., Babusenko E S., KrutchininaN. E. Photodegradation of tetracycline in presence of H2O2 and metal oxide based catalysts // Journal of Water Process Engineering 2021. V. 39 101696
4. Иванцова Н. А., Кузин Е. Н., Чурина А. А. Фотокаталитическая очистка воды от фенола и формальдегида // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 3. С. 275-281.
5. Митина О. А., Торетаев М. У., Юрченко И. В.. Получение феррат-ионов (vi) для обработки воды и
сточных вод. // Инновации в науке. 2015. В. (11-1 (48)), С, 79-88.
6. Лемешев Д. О., Протасов А. С., Колесников В. А. Перспективы повторного использования и безопасной утилизации металлосодержащих отходов (обзор)// Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 4. С. 20.
7. Kuzin E. N., Kruchinina N. E. Brucite-containing waste from refractory materials production in wastewater purification processes // Glass and Ceramics. 2022. Vol. 79, P. 287 - 291.
8. Кабанов М. А., Иванцова Н. А,, Кузин Е. Н.., Мурзина Е. Д., Коробов А. Ю. Оценка влияния комплексообразования на эффективность реагентной предочистки воды от тетрациклина // Химико-фармацевтический журнал. 2021. Т. 55, № 11. С. 56 -60
9. Kuzin, E.; Averina, Y.; Kurbatov, A.; Kruchinina, N.; Boldyrev, V. Titanium-Containing Coagulants in Wastewater Treatment Processes in the Alcohol Industry. // Processes 2022, 10, 440.
