CC BY
3
УДК 628.316.13
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2024-1-46-48
Окислительная деструкция модельных растворов фенолсодержащих сточных вод реактивом Фентона
Локшина Е.А., Учуватова Д.А., Локшин А.А., Хурамшина Р.А., Латыпова Т.В.
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450064, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5444-5812, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0009-0002-4435-2529, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9156-122X, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9767-9627, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0009-0000-5912-5340, E-mail: [email protected]
Резюме: Статья посвящена исследованию процесса окислительной деструкции модельных растворов сточных вод, содержащих фенолы, при добавлении пероксида водорода и сульфата железа (II). В работе произведен экспериментальный подбор действующего соотношения реагентов и определены оптимальные условия протекания реакции.
Ключевые слова: окисление, фенол, реактив Фентона, очистка сточных вод. Для цитирования: Локшина Е.А., Учуватова Д.А., Локшин А.А., Хурамшина Р.А., Латыпова Т.В. Окислительная деструкция модельных растворов фенолсодержащих сточных вод реактивом Фентона // НефтеГазоХимия. 2024. № 1. С. 46-48. D0I:10.24412/2310-8266-2024-1-46-48
OXIDATIVE DESTRUCTION OF MODEL SOLUTIONS OF PHENOL-CONTAINING WASTEWATER USING FENTON'S REAGENT Lokshina Evgeniya A., Uchuvatova Diana A., Lokshin Alexander A., Khuramshina Regina A., Latypova Tatyana V.
Ufa State Petroleum Technological University, 450064, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5444-5812, E-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0009-0002-4435-2529, E-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9156-122X, E-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9767-9627, E-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0009-0000-5912-5340, E-mail: [email protected]
Abstract: The article is devoted to the study of the process of oxidative destruction of model
wastewater solutions containing phenols with the addition of hydrogen peroxide and iron (II)
sulfate. The work carried out an experimental selection of the current ratio of reagents and
determined the optimal conditions for the reaction.
Keywords: oxidation, phenol, Fenton's reagent, wastewater treatment.
For citation: Lokshina E.A., Uchuvatova D.A., Lokshin A.A., Khuramshina R.A., Latypova T.V.
OXIDATIVE DESTRUCTION OF MODEL SOLUTIONS OF PHENOL-CONTAINING
WASTEWATER USING FENTON'S REAGENT. Oil & Gas Chemistry. 2024, no. 1, pp. 46-48.
DOI:10.24412/2310-8266-2024-1-46-48
Ужесточение требований к охране окружающей среды, в частности к объектам водоотведения, требует совершенствования методов очистки сточных вод. Трудноокис-ляемые органические соединения, содержание которых в промышленных сточных водах с годами только возрастает в связи с ростом объемов промышленного производства, усложняют очистку. Стоки, образующиеся от химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих и других промышленных предприятий, имеют многокомпонентный состав. Кроме того, в настоящее время необходимо использовать безопасные для окружающей среды реагенты, которые возможно безопасно утилизировать и которые не
оказывают негативное влияние на состав воды [1]. В связи с этим, в данной работе определены условия протекания реакции окислительной деструкции циклических трудноокисляемых органических соединений на примере фенола с помощью реактива Фенто-на и экспериментально подобрано соотношение пероксида водорода и сульфата железа (II) [2, 3]. Одним из важных параметров при проведении обработки вод реактивом Фентона является рН [4, 5]. При высоком значении рН произойдет саморазложение пероксида водорода из-за снижения стабильности, кроме того, окислительно-восстановительный потенциал ги-дроксильной группы снижается с ростом рН, и это приведет к осаждению гидроксида железа, что снижает концентрацию ионов железа в растворе [6]. При использовании реактива Фен-тона сложность заключается в том, что наиболее эффективное соотношение реагентов для каждого конкретного загрязнителя отличается и подбирается экспериментально [7]. Задачи исследования:
- определить соотношение между дозой сульфата железа и дозой перекиси водорода;
- определить условия, при которых проходит реакция;
- сравнить эффективность методик определения фенолов с помощью фотометра и броматометрического титрования.
По проведенному анализу зарубежной и отечественной литературы для окисления трудноокисляемой органики рекомендуется:
- доза сульфата железа 1,82 мг/л (по 100% веществу);
- доза перекиси водорода 1,0 мг/л (по 100% веществу) [8];
- поддержание рН не выше 3 [9].
В качестве объекта экспериментального исследования были использованы модельные растворы с известным содержанием фенола (6 мг/л). Для определения остаточной концентрации фенола после добавления реактива Фенто-на был использован метод бромного титрования и фотометр «Эксперт-003».
Броматометрическое определение фенола. Определение фенола основано на том, что в анализируемый раствор
НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.NEFTEGAZOHIMIYA.RU
(ИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ
вводится избыток бромат-бромидной смеси, которая в кислой среде выделяет свободный бром:
1. Фенольные растворы различной концентрации (слева направо: 2 г/л, 1 г/л, 500 мг/л), приготовленные для титрования на фенолы
Вг03 + 5Вг- + 6Н+
о ЗВг2 + ЗН20.
Образующийся бром реагирует с фенолом:
С6Н5ОН + ЗВг2 о С6Н2Вг3ОН + ЗНВг.
При добавлении к этому раствору иодида калия избыточный, не прореагировавший бром окисляет иодид до йода, который титруют стандартным раствором тиосульфата натрия:
Вг2 + 21- = 2Вг- + 12;
12 + 2S2О|- = 21- + S4О(2-.
На фото 1 видно, что чем выше концентрация фенолов в растворе, тем светлее приготовленный для титрования раствор (с добавлением бромат-бромидной смеси и серной кислоты).
Проведена серия экспериментов с различной комбинацией концентраций Н202 и FeSO4. Эффективность исследуемых комбинаций приведена в табл. 1 и на рис. 1.
По проведенным испытаниям наилучшие результаты были получены с концентрациями сульфата железа (II) 1,1 мг/л и пероксида водорода 3,85 мг/л. Данное соотношение реагентов было выбрано для проведения экспериментов по сравнению методик определения остаточных фенолов в растворе.
Эксперимент 1:
- готовим две пробы с содержанием фенола 6 мг/л;
- добавляем серную кислоту до рН 2,1 (0,5 мл/л);
- в первую пробу добавляем сульфат железа 1,1 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30-60 с; добавляем перекись водорода 3,85 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30 мин;
- во вторую пробу добавляем сульфат железа 1,82 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30-60 сек; добавляем перекись водорода 1 мг/л (по 100% веществу) перемешиваем 30 мин;
- определяем остаточное содержание фенола бромато-метрическим методом (фото 2).
Эксперимент 2:
- готовим три пробы с содержанием фенола 6 мг/л;
- добавляем серную кислоту до рН 2,1 (0,5 мл/л);
- в первую пробу добавляем сульфат железа 1,1 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30-60 сек; добавляем перекись водорода 3,85 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30 мин;
- во вторую пробу добавляем сульфат железа 1,5 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30-60 сек; добавляем перекись водорода 3мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30 мин;
- в третью пробу добавляем сульфат железа 1 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30-60 сек; добавляем перекись водорода 4,5 мг/л (по 100% веществу) перемешиваем 30 мин;
- определяем остаточное содержание фенола с помощью фотометра «Эксперт-003» (фото 3).
Результаты: проба 1 - 5,63 мг/л, проба 2 - 5,54 мг/л, проба 3 - 5,9 мг/л.
Эксперимент не удался.
Впоследствии были обнаружены причины: отсутствие нагревания при определении фенолов с помощью фотометра.
Таблица 1
Эффективность различных комбинаций соотношения НО и FeSO/1
Концентрация FeSO4, мг/л 1,82 1,4 1 1,5 1,1
Концентрация H2O2, мг/л 1 1,5 1,82 2 3,85
Степень окисления фенолов, % 38,3 45,9 52,1 56,3 66,44
Степень окисления фенолов в зависимости от концентрации сульфата железа (II) и пероксида водорода
2. Фенольные растворы различной концентрации (слева направо: 6 мг/л, проба 1, проба 2) и бромат-бромидный раствор, приготовленные для титрования на фенолы. Эффективность снижения фенолов пропорцией реагентов в пробе 1 - 66,44%, эффективность смеси в пробе 2 - 38,3%
Рис. 1
1 • 2024
При определении содержания фенолов броматометри-ческим методом происходит экзотермическая реакция вследствие добавления избытка бромат-бромидной смеси и серной кислоты.
Проверка гипотезы о необходимости нагрева:
- готовим пробу с содержанием фенола 6 мг/л;
- добавляем серную кислоту до рН 2,1 (0,5 мл/л);
- в пробу добавляем сульфат железа 1,1 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30-60 сек; добавляем перекись водорода 3,85 мг/л (по 100% веществу), перемешиваем 30 мин;
- нагреваем приготовленную пробу до t = 50-55°С;
- определяем остаточное содержание фенола с помощью фотометра «Эксперт-003».
Результат измерения: 2,2 мг/л. Эффективность использованной смеси реагентов (снижение содержания фенолов) составила 63,3%.
В результате проведенных исследований было определено, что необходимым условием эффективного протекания реакции окислительной деструкции фенолов с использованием реактива Фентона является рН 2,0-2,5 и температура 50-55°С. Определены дозировки сульфата железа (1,1 мг/л по 100% веществу) и перекиси водорода (3,85 мг/л по 100% веществу). Кроме того, проверена сходимость
3. Фотометр «Эксперт-003»
определения концентрации фенола броматометрическим методом и с помощью фотометра. Оба метода определения концентрации фенола показывают практически одинаковые данные эффективности окисления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Селюков А.В., Бурсова С.Н., Тринко А.И. Применение экологически чистых окислителей для очистки сточных вод: обз. инф. М.: ВНИИНТПИ, 1990. 48 с.
2. Photodegradation of tetracyclines in aqueous solution by using UV and UV/H2O2 oxidation processes / J. J. Lopez-Penalver, M. Sanchez-Polo, C. V. Gomez-Pacheco, J. Rivera-Utrilla. J. of Chemical Technology and Biotechnology. 2010. Vol. 85. № 10. P. 1325-1333.
3. Si, L., Ruixue, K., Lin, S., Sifan, L., Shuangchun, Y. (2013). Study on treatment methods of phenol in industrial wastewater. International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 4, issue 5, pp. 230-232.
4. Liu, L., Xiao, Y.-B., Gao, M. (2009). Study on phenol degradation in water with UV-Fenton reagent. Journal of Changchun University of Technology (Natural Science Edition), vol. 37, no. 5, pp. 25-29.
5. Емжина В.В, Мирзоева С.Н., Иванцова Н.А. Окислительная деструкция модельных сточных вод, содержащих фармацевтические препараты, реактивом Фентона // Успехи в химии и химической технологии. 2014. Т. 28.
№ 5 (154).C. 22-25.
6. Dasong, Zh., Hongge, G., Jie, Sh. (2011). Experimental study on treatment of wastewater containing highly concentrated phenol with UV/Fenton reagent. Journal of Shandong University of Science and Technology (Natural Science), vol. 30 (1), pp. 92-95.
7. Gulkaya I., Surucu A., Dilek F., Importance of H2O2/Fe2+ ratio in Fenton's treatment of a carpet dyeingwastewater. J. of Hazardous Materials. 2006. Vol. 136. P. 763-769.
8. Аминова А.Ф., Сухарева И.А., Мазитова А.К. Окислительная деструкция фенола реактивом Фентона // Вода и экология: проблемы и решения. 2018. № 4 (76). С.3-8.
9. Ягафарова Г.Г., Аминова А.Ф., Сухарева И.А. и др. Разработка метода очистки сточных вод от трудноокисляемых органических соединений // Вода: химия и экология. 2014. № 1 (91). C. 24-29.
REFERENCES
1. Selyukov A.V, Bursova S.N., Trinko A.I. Primeneniye ekologicheski chistykh okisliteley dlya ochistki stochnykh vod: obz. inf. [Application of environmentally friendly oxidizers for wastewater treatment: review]. Moscow, VNIINTPI Publ., 1990. 48 p.
2. Lopez-Penalver J. J., Sanchez-Polo M., Gomez-Pacheco C. V., Rivera-Utrilla J. Photodegradation of tetracyclines in aqueous solution by using UV and UV/ H2O2 oxidation processes. J. of Chemical Technology and Biotechnology, 2010,vol. 85,no. 10,pp. 1325-1333.
3. Si L., Ruixue K., Lin S., Sifan L., Shuangchun Y. Study on treatment methods of phenol in industrial wastewater. International Journal of Scientific & Engineering Research, 2013, vol. 4, no. 5, pp. 230-232.
4. Liu L., Xiao Y.-B., Gao M. Study on phenol degradation in water with UV-Fenton reagent. Journal of Changchun University of Technology (Natural Science Edition), 2009, vol. 35, no. 7, pp. 25-29.
5. Yemzhina V.V, Mirzoyeva S.N., Ivantsova N.A. Oxidative destruction of model wastewater containing pharmaceuticals using Fenton's reagent.Uspekhi v
khimiii khimicheskoy tekhnologii, 2014, vol. 28,no. 5 (154),pp. 22-25 (In Russian).
Dasong Zh., Hongge G., Jie Sh. Experimental study on treatment of wastewater containing highly concentrated phenol with UV/Fenton reagent. Journal of Shandong University of Science and Technology (Natural Science), 2011, vol. 30 (1), pp. 92-95.
Gulkaya I., Surucu A., Dilek F., Importance of H2O2/Fe2+ ratio in Fenton's treatment of a carpet dyeingwastewater.J. of Hazardous Materials, 2006,vol. 136,pp. 763-769.
Aminova A.F., Sukhareva I.A., Mazitova A.K. Oxidative destruction of phenol by Fenton's reagent.Voda i ekologiya: problemy iresheniya, 2018,no. 4 (76),pp. 3-8 (In Russian).
Yagafarova G.G., Aminova A.F., Sukhareva I.A. Development of a method for treating wastewater from difficult-to-oxidize organic compounds. Voda: khimiya iekologiya, 2014,no. 1 (91),pp. 24-29 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ / INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Локшина Евгения Александровна, ассистент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Учуватова Диана Алексеевна, магистр кафедры водоснабжения и водоотведе-ния, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Локшин Александр Адольфович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Хурамшина Регина Азатовна, ассистент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Латыпова Татьяна Владимировна, к.т.н., доцент кафедры водоснабжения и во-доотведения, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Evgeniya A. Lokshina, Assistant of the Department of Transport and Storage of Oil
and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Diana A. Uchuvatova, Master of the Department of Water supply and wastewater
disposal, Ufa State Petroleum Technological University.
Alexander A. Lokshin, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport
and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Regina A. Khuramshina, Assistant of the Department of Transport and Storage of Oil
and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.
Tatyana V. Latypova, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Water
supply and wastewater disposal, Ufa State Petroleum Technological University.
