CC BY
37
УДК 544.653.3
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЯ ХРОМОВОГО КОРИЧНЕВОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ ГЕНЕРИРОВАННЫМ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА И ГИПОХЛОРИТОМ НАТРИЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ КИСЛОРОДА
© 2008 г. Д.Ш. Магомедова, З.М. Алиев
Органические красители, попадая в окружающую среду со сточными водами красильно-отделочных производств легкой промышленности и предприятий химической чистки одежды, оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Известные методы обезвреживания сточных вод от органических соединений (физико-химические, биологические) связаны с большими энергетическими затратами и изменением их состава в результате внесения химических реагентов [1]. В связи с этим большой практический интерес представляет разработка эффективных технологий очистки сточных вод.
В последние годы существенно повысился интерес к использованию электрохимических технологий для обработки стоков от промышленных заводов, содержащих различные органические соединения, что связано с рядом их преимуществ, таких как легкость контроля, простота автоматизации и экологическая чистота [2]. Большое внимание уделяется методам электрохимического окисления органических соединений с генерированием таких окислителей, как пе-роксид водорода, кислород и озон. В частности, интенсивно развиваются исследования технологических процессов непрямого электрохимического окисления органических соединений продуктами восстановления кислорода на катоде до активных кислородсодержащих частиц (ионов О2, НО2, радикалов НО2, НО' и
т. д.), обладающих высокой окислительной активностью [3, 4].
Создание эффективной технологии очистки сточных вод, содержащих различные органические соединения, с использованием реакции восстановления кислорода под давлением до активных частиц, способствующих интенсификации процесса окисления органических соединений, является проблемой, решение которой имеет большое теоретическое и прикладное значение.
В данной работе изучено электрохимическое окисление красителя хромового коричневого в растворе №С1 в присутствии растворенного кислорода под давлением с целью деструкции молекул красителя гипохлорит ионами и пероксидом водорода, генерированными на электродах и в растворе одновременно.
На рисунке представлена зависимость концентрации красителя хромового коричневого в растворе от времени электролиза при различных давлениях кислорода.
С, мг/л 50 -
25
т, мин
Изменение концентрации красителя хромового коричневого в зависимости от времени электролиза: 1 - электролиз при атмосферном давлении; 2 - электролиз при давлении 0,4 МПа
Первые 30 мин электролиза происходит интенсивное обесцвечивание раствора (снижение концентрации красителя). Проведение процесса электролиза под давлением кислорода приводит к увеличению эффективности процесса, что связано с образованием на катоде пероксида водорода.
Разрушение структуры молекулы красителя происходит предположительно по азосвязи с образованием ароматических фрагментов, которые в дальнейшем также подвергаются окислению с образованием низкомолекулярных органических соединений. Это подтверждается и исследованиями, в которых проводились опыты по окислению красителя активного голубого 19 в хлоридсодержащих растворах с идентификацией промежуточных соединений [5]. При этом указывается на отсутствие в растворе хлорорганиче-ских соединений.
Интенсивное снижение концентрации красителя связано с образованием в ходе электролиза активного хлора и пероксида водорода, являющихся сильными окислителями. При этом теоретически предполагалось, что в данных условиях на аноде генерируется активный хлор по уравнениям реакции [6]:
Анод: 2С1- ^ С12 + 2е.
В объем раствора:
С12 + Н20 ^ НОС1 + Н+ + С1-.
На катоде происходит образование активных частиц за счет восстановления кислорода.
Восстановление кислорода на различных электродных материалах изучено достаточно подробно, и большинство исследователей придерживаются следующего механизма восстановления кислорода:
O2 ^ O2 ads ;
O2 ads + e ^ O2 ads ;
O2- ads + H2O ^ HO2 + OH- ;
HO2 + e ^ HO2- .
В основном состоянии молекулы кислорода на ее орбитали находятся два электрона с параллельными спинами, что обусловливает высокую стабильность молекулы О2. Перевод молекулы О2 в анион-радикал O2- приводит к активации молекулы кислорода и повышению окислительной способности.
Для изучения влияния давления кислорода на степень обесцвечивания раствора электролиз проводился при различных давлениях кислорода при одной и той же плотности тока. При этом также определяли концентрацию гипохлорита натрия при различных давлениях кислорода. Полученные результаты представлены в табл. 1.
Таблица 1
Влияние давления кислорода и концентрации образующегося в ходе электролиза гипохлорита натрия на степень обесцвечивания раствора красителя хромового коричневого
Таблица 2
Показатели электрохимической очистки стоков, содержащих краситель хромовый коричневый (0,1 А/см2, 25 °С, 0,5 МПа)
Р, МПа 0,1 0,2 0,3 0,4
С (NaClO), г/л 1,75 1,75 1,86 2,1
Скр.(остаточная), мг/л 0,032 0,033 0,031 0,030
Степень обесцвечивания, % 99,78 99,77 99,79 99,80
Показатель сточной воды До электролиза После электролиза
Цвет Коричневый Бесцветный
Цветность по разбавлению 1:210 1:10
Прозрачность по шрифту 0,32 15
рН 7 8
Оптическая плотность 0,91 0,07
Запах Красителя Гипохлорита
Как видно из табл. 1, раствор красителя обесцвечивается практически полностью при электролизе под давлением кислорода 0,1 МПа и дальнейшее повышение давления оказывает лишь незначительное влияние на обесцвечивание раствора красителя. Однако концентрация активного хлора в растворе с повышением давления незначительно повышается, что связано с увеличением растворимости выделяющегося в ходе электролиза газообразного хлора.
В табл. 2 представлены аналитические показатели раствора красителя хромового коричневого до и после электролиза.
Как следует из данных табл. 2, очищенная вода обладает хорошими органолептическими показателями, хотя и с незначительным содержанием цветности раствора.
Таким образом, при осуществлении электролиза под давлением кислорода, растворенный кислород восстанавливается на катоде с образованием активных частиц, участвующих в окислительном процессе. Кроме того, растворенный кислород химически окисляет молекулы красителя до более низкомолекулярных соединений.
Литература
1. RayA.K. // Catal. Today. 1998. Vol. 44. Р. 357.
2. Rajeshwar K., Ibanez J.G., Swain G.M. Electrochemistry and the Environment // J. Appl. Electrochem. 1994. № 24. Р. 1077.
3. Корниенко В.Л., Колягин Г.А. Непрямое электрохимическое окисление органических веществ интермедиатами восстановления кислорода // Электрохимия. 2003. Т. 39. № 12. С. 1462-1470.
4. Корниенко Г.В., Чаенко Н.В., ВасильеваИ.С., Корниенко В.Л. Непрямое электрохимическое окисление органических субстратов пероксидом водорода, генерированным в кислородном газодиффузионном электроде // Электрохимия. 2004. Т. 40. № 2. С. 175-179.
5. Rajkumar D., Byung Joo Song, Jong Guk Kim. Electrochemical degradation of Reactive Blue 19 in chloride medium for the treatment of textile dyeing wastewater with identification of intermediate compounds // Dyes and Pigments. 2007. Vol. 72. Р. 1-7.
6. Do J.-S., Yen W.-S. In situ electrooxidative degradation of formaldegyde with electrogenerated hydrogen peroide and hypochlorite ion // J. Appl. Electrochem. 1998. № 28. Р. 703-710.
Дагестанский государственный университет, г. Махачкала
24 октября 2007 г
