Непрямое электрохимическое окисление ароматических органических соединений в локальных промышленных стоках (90,00 руб.)

Стр.3

Стр.4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы: В настоящее время существует проблема очистки промышленных сточных вод (СВ) в производствах полимерной химии и химии красителей, фармацевтической промышленности, содержащих трудноокисляемые органические соединения. Анализ литературных данных показывает, что в последние годы вырос интерес к технологиям, направленным на очистку сточных вод с помощью экологически безопасных методов и реагентов. Таковыми являются способы и технологии, использующие так называемые «перспективные окислительные методы». Главным окислительным агентом во многих промышленно реализуемых способах и технологиях, как правило, выступает пероксид водорода. Однако прямое химическое окисление органических соединений пероксидом водорода неэффективно ввиду малой скорости процесса и быстрого разложения реагента. Для повышения скорости данного процесса обычно используют введение в реакционную смесь ионов переходного металла (системы Фентона: H2O2 + Fe2+ и Раффа: H2O2 + Fe3+). Общим недостатком химических методов является неэффективный расход реагентов, достаточно высокая стоимость и необходимость корректировки pH. Альтернативой выступают электрохимические процессы, среди которых выделяют непрямое электрохимическое окисление, в ходе которого in situ генерируются активные формы кислорода в виде интермедиатов – HO·, HO2 ·, HO2 -, отличающихся по окислительной способности на 5–6 порядков. При этом окисление органических субстратов протекает с различной степенью глубины. Известно также, что непрямое электрохимическое окисление органических соединений, разложение которых биологическими методами затруднено, эффективно протекает с минерализацией до CO2 и H2O в присутствии электрохимически генерированного реагента. Типичными представителями трудноокисляемых органических соединений являются вещества, например, принадлежащие к классу фенолов и красителей антрахинонового ряда. Трудность окисления таких соединений связана со стабильностью их структуры. Поэтому изучение закономерностей процесса непрямого окисления трудноокисляемых органических ингредиентов промышленных стоков класса фенолов и красителей антрахинонового ряда электрогенерированными метастабильными реагентами является актуальным. Целью работы является разработка способа непрямого электрохимического окисления органических соединений антрахинонового ряда и фенолов в коаксиальном бездиафрагменном электролизере. При этом решаются задачи: - теоретическое обоснование эффективности осуществления процесса непрямого электрохимического окисления в коаксиальном бездиафрагменном электролизере с существенно отличающимися площадями электродов; - оценка возможности проведения процесса непрямого электрохимического окисления в коаксиальном бездиафрагменном электролизере и выбор условий электролиза; - изучение гидродинамического режима работы электролизера в зависимости от его геометрической конфигурации и обоснование выбора соотношения площадей электродов; - оценка эффективности применения выбранной конфигурации электролизера на примере имитата сточной воды, содержащего соединения класса фенолов и антрахинонового ряда: 1,3–дигидроксибензол (резорцин) и натриевая соль 3,4дигидрокси-9,10-диоксоантраценсульфоновая-2 кислота (кислотный краситель); - разработка блок-схемы технологического процесса очистки промышленной сточной воды, содержащей трудноокисляемые органические соединения. 3

Стр.3

Научная новизна - Установлена закономерность непрямого электрохимического окисления 1,3– дигидроксибензола и натриевой соли 3,4-дигидрокси-9,10-диоксоантраценсульфоновой-2 кислоты в щелочной среде в коаксиальном бездиафрагменном электролизере с существенно различающимися площадями электродов; - Изучена динамика превращения 1,3–дигидроксибензола и натриевой соли 3,4дигидрокси-9,10-диоксоантраценсульфоновой-2 кислоты в предлагаемом коаксиальном бездиафрагменном электролизере в щелочной среде; - Установлено, что окисление происходит в объеме электролита в результате взаимодействия органических компонентов с метастабильными электрогенерированными окислителями – радикалами; - Создана математическая модель бездиафрагменного электролизера с осесимметричным расположением электродов, используемого при электрохимическом генерировании метастабильных продуктов для непрямого окисления органических соединений. Практическая значимость - На основе анализа экспериментальных данных выбраны оптимальные условия непрямого электрохимического превращения 1,3–дигидроксибензола и натриевой соли 3,4-дигидрокси-9,10-диоксоантраценсульфоновой-2 кислоты в коаксиальном бездиафрагменном электролизере с нерастворимым анодом; - Предложена технологическая схема очистки сточных вод, содержащих трудноокисляемые органические соединения на примере класса фенолов и антрахиноновых красителей, включающая один или несколько коаксиальных бездиафрагменных электролизеров. Достоверность полученных автором результатов и выводов диссертации обеспечена комплексным выполнением исследований с использованием молекулярной спектроскопии в УФ и видимой области спектра, а также электрохимическими методами, позволяющими идентифицировать процессы, протекающие при непрямом электрохимическом превращении трудноокисляемых органических соединений антрахинонового ряда и фенолов на примере натриевой соли 3,4-дигидрокси-9,10диоксоантраценсульфоновой-2 кислоты и 1,3–дигидроксибензола, интепретацией полученных результатов на основе современных теоретических представлений и математической модели. На защиту выносятся - Математическая модель коаксиального бездиафрагменного электрохимического реактора с существенно отличающимися площадями электродов; - Результаты электрохимических и физико-химических электродных процессов генерирования метастабильных частиц (HO·и HO2 · – радикалов) в щелочной среде в присутствии трудноокисляемых соединений – 1,3–дигидроксибензола и натриевой соли 3,4-дигидрокси-9,10-диоксоантраценсульфоновой-2 кислоты; - Результаты физико-химических исследований превращения трудноокисляемых соединений в объеме электролизера при их взаимодействии с реакционноспособными метастабильными продуктами электролиза. Апробация работы Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: научных семинарах Казанского национального исследовательского технологического университета – Казань, 2005-2011гг.; Всероссийской конференции «Акустика. Экология. Диагностика» - Казань, май 2005г.; Международной конференции «Технология утилизации промышленных отходов» Waste Tech – Москва, 2005г.; Международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения» - Казань, ноябрь 2006г.; Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы химического образования». - Нижний Новгород, октябрь 2008г.; Материалы XII Международной 4

Стр.4