CC BY
89
2.35 м.д (ЗН), 6.35 м.д. (1Н), 7.92 м.д. (2Н), 8.99 м.д. (1Н), 8.59 м.д. (1Н).
В масс-спектре соединения (VI) присутствует пик молекулярного иона ш/2:382[М]+ , в спектре ПМР (СБС1з) присутствуют сигналы при 2.5 м.д (ЗН), 6.15 м.д. (1Н), 7.67 м.д. (1Н), 7.85 м.д. (ЗН), 7.95 м.д. (1Н), 8.20 м.д. (1Н).
В масс-спектре соединения (VII) присутствует пик молекулярного иона ш/2:341[М]+ , в спектре ПМР (СБС1з) присутствуют сигналы при 2.4 м.д (ЗН), 3.8 м.д. (ЗН), 6.25 м.д. (1Н), 7.9 м.д. (7Н), 8.5 м.д. (1Н).
При облучении синтезированных соединений УФ светом интенсивным жёлтым свечением обладает только соединение (V).
В электронных спектрах поглощения батохромный сдвиг в длинноволновую область спектра по сравнению с исходными соединениями наблюдается только в соединении (V) (на 55 нм), в котором присоединение пиразольного остатка к антрахинону не испытывает пространственных затруднений. Отсутствие батохромного сдвига в соединениях (VI) и (VII) объясняется нарушением сопряжения антрахиноновой и пиразольной систем из-за стерических затруднений, создаваемых карбонильной группой антрахинона.
Библиографические ссылки
1. Органические люминофоры./ Б.М. Красовицкий, Б.М. Болотин. М.: Химия, 1984. 334 с..
2. Перевалов В.П., Барышненкова Л.И., Цой К.С. Синтез 1-(3-метилпиразолил-1)-антрахинона// Химия гетероциклических соединений, 1990. № 12. С. 1695.
3. Перевалов, В.П. Взаимодействие 3(5)-амино-5(3)-метилпиразола с 1-нитро- и 1-хлорантрахинонами./ В.П. Перевалов, Л.И. Барышненкова, А.К.Х. Карим, К.С. Цой, Е.Л. Голубина.// Химия гетероциклических соединений, 1991. № 5. С. 693.
УДК 628.16:669.62
В.Ч. Дурибе, А.С. Крыжановский, Т.В. Бухаркина, В.В. Скудин Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
УДАЛЕНИЕ ИОНОВ ЖЕЛЕЗА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ МЕТОДОМ
In this study, the oxidative reaction of ferrous to ferric iron using air and the accompanying hydrolytic precipitation of iron (III) hydroxide were investigated with emphasis placed on determining the possibility of speeding up the oxidation process by applying macroporous membranes as air (oxidant) distributor. The influence of parameters like pH and
hardness on the oxidation process was studied. Conclusions as to the feasibility of applying this method for water purification from ferrous iron were reached for water obtained from underground sources and a model reactor set-up was suggested.
В данной работе изучены реакция окисления железа (II) в железо (III) кислородом воздуха и сопутствующее ей гидролитическое осаждение гидроксида железа (III) с акцентом, сделанным на выяснение возможности ускорения окислительного процесса путем применения макропористых мембран в качестве распределителя воздуха. Изучено влияние таких параметров как pH и жесткость воды на ход окислительного процесса. Сделаны выводы о возможности применения данного метода для обезжелезивания воды из подземных источников и предложена модельная конструкция реактора.
ВВЕДЕНИЕ.
Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры, является причиной брака в текстильной, пищевой, бумажной, химической и других отраслях промышленности, а также вредно влияет на здоровье человека при продолжительном введении в организм, т.к. избыток железа накапливается в печени в коллоидной форме оксида железа, вызывая разрушение её клеток [2]. Однако вода, предоставляемая из поверхностных или подземных источников, часто содержит в себе железо в количествах выше допустимого (ПДК железа в воде - 0,3 мг/л) и, как следствие, не может быть применена для домашних или технических целей без специальной обработки (обезжелезивания) [1,2,5].
Методы обезжелезивания воды делятся на две группы - реагентные (когда вода обрабатывается специальными реагентами в сочетании с аэрацией или без неё) и безреагентные (когда осуществляется обезжелезивание только аэрацией воды с последующим удалением образовавшейся твердой фазы). Выбор того или иного метода обезжелезивания воды осуществляется, в соответствии с формами и количеством железа в ней, свойствами и составом сырой воды, а также требованиями к ее качеству со стороны потребителей.
Из существующих методов обезжелезивания воды, наиболее перспективными и эффективными для обезжелезивания подземных вод являются безреагентные методы, в которых ионы железа, реагируя с кислородом воздуха и переходя при этом из валентного состояния (+2) в (+3), одновременно переводятся из растворенного состояния в нерастворенное и дальше удаляются путём фильтрования. В этой работе, мы изучали данную реакцию окисления железа (II) с перспективой выяснения возможности её ускорения путём повышения дисперсности (раздробленности) потока воздуха, контактирующегося с водой.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
В качестве объекта исследования выступали модельные водные растворы сернокислого железа (II) (FeS04-7H20) с различными начальными содержаниями железа, для обезжелезивания которых мы использовали безреагентный метод упрощенной аэрации. Этот метод является одним из наиболее простых и дешёвых методов обезжелезивания подземных вод и применяется, когда общее содержание железа не превышает 10 мг/л (в том
числе, двухвалентного железа - не менее 70%), щелочность общая - более (1 + 0,0357-Ре2+) ммоль/л и значение pH - не менее 6,8 [1,3]. Модельные растворы были приготовлены со смесью дистиллированной воды и водопроводной в соотношении 7:3. Такой выбор растворяющей среды для лабораторных экспериментов преследовал цель получить растворы со значениями щелочности и pH достаточно высокими для проведения реакции окисления за разумное время (примерно 30 - 40 минут).
Для приготовления раствора точно взвешенная на аналитических весах навеска соли была помещена в мерный цилиндр объёмом 100 мл и растворена в 70 мл дистиллированной воды. Дальше объём раствора доводили до 100 мл водопроводной водой, и весь раствор переливали в реактор. Реактор представляет собой цилиндрическую стеклянную ёмкость объемом 150 мл, имеющую один центральный шлиф 29 мм (для введения мешалки) и четыре окружающих шлифа 14 мм (для отбора проб и подключения термометра, обратного холодильника и барботёра). Обезжелезивание проводили при комнатной температуре и при частоте оборотов мешалки 1000 об/мин. За начальную концентрацию железа (II) в растворе принимали концентрацию, рассчитанную по известному значению навески соли, и за начальный момент времени принимали момент включения подачи воздуха через барботёр.
Текущие концентрации железа (II) в растворе устанавливали ортофенантролиновым методом, сущность которого состоит в реакции ортофенантролина с ионами двухвалентного железа в области pH 3 - 9 с образованием комплексного соединения, окрашенного в оранжево-красный цвет [4]. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации железа (II) в растворе. Диапазон измерения концентрации железа (II) без разбавления пробы 0,05-2,0 мг/л. Суммарная погрешность измерения с вероятностью
0,95 находится в пределах 0,01-0,02 мг/л [4]. Для определения концентрации железа (II) в любой момент времени из реакционного объёма отбирали 1,7 мл раствора и помещали в мерную колбу вместимостью 25 мл, прибавляли
0,5 мл индикаторного раствора и доводили до метки дистиллированной водой. Полученную смесь анализировали в фотоэлектроколориметре при X = 503 нм, используя предварительно построенный градуировочный график для нахождения концентрации железа (II).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ.
Рисунок 1 показывает, как меняется концентрация железа (II) в растворе по мере протекания опыта для растворов с различными начальными концентрациями. Как видно из графика, при начальной концентрации равной 22,6 мг/л ионы железа (II) стабильно удаляются из раствора до 15 - 20 минут, после чего дальнейшее уменьшение концентрации не наблюдается. Выяснилось, что такое явление связано с тем, что окисление ионов железа (II) одновременно протекает с понижением pH среды, которое обусловлено, с одной стороны, постоянным удалением ионов ОН за счет гидролиза ионов Ре3 , а, с другой стороны, выделением и частичным растворением углекислого газа. Такое уменьшение pH, видимо, продолжается до 15-20 минут, когда достигаются значения pH, при которых
дальнейшее окисление ионов Бе2+ уже становится невозможным.
Далее, был подставлен эксперимент без перемешивания реакционной среды с целью выявления роли повышенной дисперсности воздушного потока в ускорении или интенсификации процесса окисления.
Время проведения опыта (мин)
1
*—2
Рис. 1. Зависимость концентрации железа (II) (в мг/л) в растворе от времени проведения опыта (в минутах) при различных начальных концентрациях (1 - 7,4; 2 -
15,4; 3 - 22,6 мг/л железа (II)).
0 10 20 30 40 50 60 70
Время проведения опыта (мин)
Рис. 2. Зависимость концентрации железа (II) (в мг/л) в растворе от времени проведения опыта (в минутах) при проведении процесса без перемешивания (1) и с перемешиванием (2).
Для этого поставили опыт при тех же значениях температуры и отношения дистиллированной воды к водопроводной, как и в предыдущих
опытах, но при отключенной мешалке. К тому же понизили скорость подачи воздуха до минимального значения для того, чтобы свести к минимуму частичное перемешивание раствора образующимися пузырьками воздуха.
Обезжелезенн-
ая вода на Трубка с керами-
фильтрование ческой или углерод-
или отстаив- ной макро-пористои
ание мембраной
Источник
подземной
железистой
воды
Рис. 3. Предлагаемая конструкция модельного реактора обезжелезивания подземных вод с интенсификацией процесса путем диспергирования воздуха макропористыми мембранами.
Сравнивая график, полученный при проведении процесса без перемешивания с графиком, полученным при перемешивании, видно, что при интенсивном перемешивании раствора значительно ускоряется окисление Бе2+ (рисунок 2). Это означает, что данная реакция окисления протекает в диффузионной области, в которой скорость процесса лимитируется переносом кислорода через границу раздела фаз. По-видимому, диспергирование воздушного потока в значительной мере повышает поверхность контакта фаз, что, в свою очередь, ускоряет процесс окисления. Исходя из этих соображений, предложили схему реактора окисления Бе2+, в котором воздух барбортируют в раствор через поры мембраны (рисунок 3). В таком реакторе, по нашему мнению, имеется потенциальная возможность добиться более высокой степени диспергирования воздуха, затрачивая при этом сравнительно меньше
энергии.
ВЫВОДЫ.
1. Изучена реакция окисления Бе2+ в Ре3 кислородом воздуха вместе с
*-* р 3+
сопутствующим ей гидролитическим осаждением гидроксида ге на основе модельных растворов. Установлено, что pH и жесткость среды играют важную роль при проведении обезжелезивания.
2. Установлено, что лимитирующей стадией процесса обезжелезивания в отсутствие перемешивания, является диффузия кислорода воздуха через границу раздела фаз и, как следствие, существует возможность интенсифицировать процесс путем раздробления пузырьков воздуха с помощью макропористых мембран.
3. Предложена конструкция модельного реактора обезжелезивания подземных вод, в котором процесс интенсифицируется диспергированием воздуха макропористыми мембранами.
Библиографические ссылки
1. Водоподготовка: Справочник, /ред. д.т.н. С.Е. Беликов. М.: Аква-Терм, 2007. 240 с.
2. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М.: Стройиздат, 1987. 240с.
3. Николадзе Г.И., Обезжелезивание природных и оборотных вод. М.: Стройиздат, 1978. 160 с.
4. ГОСТ 4011-72 «Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа».
5. Водоподготовка. / [Электронный ресурс]. // ТЖЬ: http://www.ecowater.com. иаМ^ег/ргоЫетзДеггигп.Мгп! (дата обращения 20.05.2011).
УДК 542.943:546.21:547.534.1: 661.8.753
Т.В. Бухаркина, С.В. Вержчинская, С.Е. Шуляка, К.Ю. Кресова Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОКИСЛЕНИЯ П-КСИЛОЛА КИСЛОРОДОМ ВОЗДУХА В ПРИСУТСТВИИ КОБАЛЬТОВОГО КАТАЛИЗАТОРА
The kinetics of the reaction of aerobic liquid-phase oxidation of toluene, catalyzed by cobalt stearate was investigated. The investigation of kinetics was carried out in a batch reactor. The kinetic equation and its parameters, which allow describing adequately the process of aerobic liquid-phase oxidation of toluene was obtained.
Исследована кинетика жидкофазного окисления пара-ксилола кислородом воздуха с
