Фотокаталитическое окисление щавелевой кислоты кислородом и озоном в водном растворе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнено экспериментальное исследование минерализации щавелевой кислоты Н2С2О4 и некоторых других устойчивых к окислению органических соединений в водном растворе под действием кислорода, озона и ультрафиолетового излучения. Обнаружено, что в кислых растворах Н2С2О4 не окисляется под действием озона или при УФ-облучении в присутствии кислорода; при одновременном воздействии О3 + УФ наблюдается окисление с малой скоростью. Изучена возможность фотокатализа процесса минерализации ионами Mn2+, MnO4–, Fe3+, Со2+, BrO3–, или IO3–. Наиболее эффективным фотокатализатором являются ионы Fe3+: в их присутствии и при УФ-облучении происходит достаточно быстрое окисление щавелевой кислоты до СО2 как под действием О3, так и О2. Найдены условия максимальной конверсии озона при фотоминерализации щавелевой кислоты. Показана возможность окислительной деструкции более устойчивого к окислению субстрата – уксусной кислоты – при озонировании и УФ-облучении растворов с добавками Fe(III) и Н2С2О4.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Леванов

Химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: levanovav@my.msu.ru

Department of Chemistry

Россия, Москва

А. В. Лапина

Филиал МГУ имени М. В. Ломоносова в г. Баку

Email: levanovav@my.msu.ru
Азербайджан, Баку

О. Я. Исайкина

Химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова

Email: levanovav@my.msu.ru

Department of Chemistry

Россия, Москва

Список литературы

  1. Baird C., Cann M. Environmental Chemistry. 5 ed. New York: W.H. Freeman & Co., 2012.
  2. Beltran F.J. Ozone Reaction Kinetics for Water and Wastewater Systems. Boca Raton (Florida, USA): Lewis Publishers, CRC Press LLC, 2004.
  3. Lim S., Shi J.L., Von Gunten U., Mccurry D.L. // Water Res. 2022. V. 213. P. 118053.
  4. Marcì G., García-López E., Palmisano L. // J. Appl. Electrochem. 2008. V. 38. № 7. P. 1029.
  5. Bangun J., Adesina A.A. // Applied Catalysis A: General. 1998. V. 175. № 1. P. 221.
  6. Michael K.M., Rizvi G.H., Mathur J.N., Ramanujam A. // J. Radioanalyt. Nucl. Chem. 2000. V. 246. № 2. P. 355.
  7. Ganesh S., Desigan N., Chinnusamy A., Pandey N.K. // Ibid. 2021. V. 328. № 3. P. 857.
  8. Ананьев А.В., Тананаев И.Г., Шилов В.П. // Успехи химии. 2005. Т. 74. № 11. С. 1132. [Ananiev A.V., Tananaev I.G., Shilov V.P. // Russ. Chem. Rev. 2005. V. 74. № 11. P. 1039.]
  9. Von Sonntag C., Von Gunten U. Chemistry of Ozone in Water and Wastewater Treatment. From Basic Principles to Applications. London: IWA Publishing, 2012.
  10. Hoigné J., Bader H. // Water Res. 1983. V. 17. № 2. P. 185.
  11. Kuhn H.J., Braslavsky S.E., Schmidt R. // Pure Appl. Chem. 2004. V. 76. № 12. P. 2105.
  12. Parker C.A., Bowen E.J. // Proc. Roy. Soc. London A. 1953. V. 220. № 1140. P. 104.
  13. Hatchard C.G., Parker C.A., Bowen E.J. // Proc. Roy. Soc. London A. 1956. V. 235. № 1203. P. 518.
  14. Rabani J., Mamane H., Pousty D., Bolton J.R. // Photochem. Photobiol. 2021. V. 97. № 5. P. 873–902.
  15. Goldstein S., Rabani J. // J. Photochem. Photobiol. A. 2008. V. 193. № 1. P. 50.
  16. Леванов А.В., Исайкина О.Я., Грязнов Р.А. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 203. [Levanov A.V., Isaikina O.Y., Gryaznov R.A. // Kinetics and Catalysis. 2022. V. 63. № 2. P. 180.]
  17. Леванов А.В., Исайкина О.Я., Гасанова Р.Б., Лунин В.В. // Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 8. С. 1307. [Levanov A.V., Isaikina O.Y., Gasanova R.B., Lunin V.V. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2017. V. 91. № 8. P. 1427.]
  18. Леванов А.В., Кусков И.В., Зосимов А.В. и др. // Журн. аналит. химии. 2003. Т. 58. № 5. С. 496. [Levanov A.V., Kuskov I.V., Zosimov A.V. et al. // J. Anal. Chem. 2003. V. 58. № 5. P. 439.]
  19. Леванов А.В., Исайкина О.Я., Харланов А.Н. // Журн. физ. химии. 2020. Т. 94. № 11. С. 1616. [Levanov A.V., Isaikina O.Y., Kharlanov A.N. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. V. 94. № 11. P. 2219.]
  20. Mao S., Chen Z., An X., Shen W. // J. Phys. Chem. A. 2011. V. 115. № 22. P. 5560.
  21. Wayne R.P. // Atmospheric Environment. 1987. V. 21. № 8. P. 1683.
  22. Bauer D., D’ottone L., Hynes A.J. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000. V. 2. № 7. P. 1421.
  23. Smith G.D., Molina L.T., Molina M.J. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. № 39. P. 8916.
  24. Taniguchi N., Takahashi K., Matsumi Y. // Ibid. 2000. V. 104. № 39. P. 8936.
  25. Wilkinson F., Helman W.P., Ross A.B. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1995. V. 24. № 2. P. 663.
  26. Biedenkapp D., Hartshorn L.G., Bair E.J. // Chem. Phys. Lett. 1970. V. 5. № 6. P. 379.
  27. Reisz E., Schmidt W., Schuchmann H.P., Von Sonntag C. // Env. Sci. Tech. 2003. V. 37. № 9. P. 1941.
  28. Sehested K., Getoff N., Schwoerer F. et al. // J. Phys. Chem. 1971. V. 75. № 6. P. 749.
  29. Ершов Б.Г., Яната Э., Алам М.С., Гордеев А.В. // Изв. Академии наук. Сер. химическая. 2008. № 6. С. 1165. [Ershov B.G., Janata E., Alam M.S., Gordeev A.V. // Russ. Chem. Bull. 2008. V. 57. № 6. P. 1187.]
  30. Ершов Б.Г., Яната Э., Алам М.С., Гордеев А.В. // Химия высоких энергий. 2008. Т. 42. № 1. С. 5. [Ershov B.G., Janata E., Alam M.S., Gordeev A.V. // High Energy Chem. 2008. V. 42. № 1. P. 1.]
  31. Zuo Y., Hoigne J. // Env. Sci. Tech. 1992. V. 26. № 5. P. 1014.
  32. Zuo Y., Hoigné J. // Atmospheric Environment. 1994. V. 28. № 7. P. 1231.
  33. Martell A.E., Smith R.M. Critical Stability Constants. V. 5. First Supplement. New York: Plenum Press, 1982.
  34. Pilz F.H., Lindner J., Vöhringer P. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. V. 21. № 43. P. 23803.
  35. Pozdnyakov I.P., Kel O.V., Plyusnin V.F. et al. // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. № 36. P. 8316.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки.

Скачать (399KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости концентрации ферриоксалата в растворе 0.2 М Н2С2О4 и 1.2 × 10–3 М Fe(III) от времени облучения (λ = 254 нм, ℐabs = 2.0 × × 10–4 Э л–1мин–1) при пропускании через раствор газообразного N2 (1) или О2 (2).

Скачать (165KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение оптической плотности при 552 нм раствора в ловушке в зависимости от времени обработки раствора 0.2 М Н2С2О4. ℐabs = 2 × 10–4 Э л–1мин–1, Cin(O3) = 28 г/м3.

Скачать (156KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Скорости выделения диоксида углерода при обработке раствора 0.2 М Н2С2О4 с добавками различных ионов кислородом и/или озоном. ℐabs = 2.0 × 10–4 Э л–1мин–1, Cin(O3) = 27–30 г/м3, концентрация добавленных ионов 1 × 10–3 М.

Скачать (462KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость скорости выделения СО2 от концентрации Fe(III) при УФ-облучении раствора 0.2 М Н2С2О4 в потоке кислорода; 1 – ℐabs = 2.0 × 10–4 Э л–1мин–1, 2 – ℐabs = 1.0 × 10–4 Э л–1мин–1.

Скачать (128KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости скорости выделения СО2 от концентрации уксусной кислоты (1, 2), метилового и н-бутилового спиртов (3) в реакционном растворе при УФ-облучении с различной интенсивностью: 1 – C(H2C2O4) = 0.2 M, C(Fe(III) = 1.0 × 10–3 М, ℐabs = 2.0 × 10–4 Э л–1мин–1; 2, 3 – C(H2C2O4) = 0.2 M, C(Fe(III) = 1.5 × 10–3 М, ℐabs = 5.0 × 10–5 Э л–1мин–1.

Скачать (150KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости скорости выделения СО2 от концентрации озона в исходной смеси газов при различной концентрации щавелевой кислоты растворе (C(Fe(III) = 1.5 × 10–3 М; ℐabs = 6.0 × 10–5 Э л–1мин–1): 1 – C(H2C2O4) = 0.01 M, 2 – C(H2C2O4) = 0.05 M, 3 – C(H2C2O4) = 0.1 M, 4 – C(H2C2O4) = 0.2 M.

Скачать (161KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость скорости выделения СО2 от концентрации озона в исходной смеси газов при различной интенсивности УФ-излучения (C(H2C2O4) = 0.2 M; C(Fe(III) = 1.5 × 10–3 М): 1 – ℐabs = 1 × 10–4 Э л–1мин–1, 2 – ℐabs = 7 × 10–5 Э л–1мин–1, 3 – ℐabs = 6 × × 10–5 Э л–1мин–1.

Скачать (125KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости скорости выделения СО2 от концентрации щавелевой кислоты в реакционном растворе при различной концентрации озона в исходной смеси газов (C(Fe(III) = 1.5 × 10–3 М; ℐabs = 6 × 10–5 Э л–1мин–1): 1 – Cin(O3) = 0, 2 – Cin(O3) = 9.8 г/м3, 3 – Cin(O3) = 20.5 г/м3, 4 – Cin(O3) = 29.7 г/м3.

Скачать (155KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости отношения (r(CO2) – r(CO2) С(О3)=0) / r(O3) от концентрации щавелевой кислоты в реакционном растворе при различной концентрации озона в исходной смеси газов (C(Fe(III) = 1.5 × × 10–3 М; ℐabs = 6 × 10–5 Э л–1мин–1): 1 – Cin(O3) = 9.8 г/м3, 2 – Cin(O3) = 20.5 г/м3, 3 – Cin(O3) = 29.7 г/м3.

Скачать (155KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимости скорости выделения СО2 от концентрации уксусной кислоты в реакционном растворе при озонировании и УФ-облучении с различной интенсивностью: 1 – C(H2C2O4) = 0.2 M, C(Fe(III) = 1.0 × 10–3 М; ℐabs = 2 × 10–4 Э л–1мин–1, Cin(O3) = 27.5 г/м3; 2 – C(H2C2O4) = 0.2 M, C(Fe(III) = 1.5 × 10–3 М; ℐabs = 6 × 10–5 Э л–1мин–1, Cin(O3) = 29.7 г/м3.

Скачать (107KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Количество диоксида углерода, образующегося при обработке озоном (Cin(O3) = 30.0 г/м3) и УФ-излучением (ℐabs = 6 × 10–5 Э л–1мин–1) 395 мл раствора с концентрациями C(Н2С2О4) = 0.01 М, C(СН3СООН) = 0.13 М, C(Fe(III) = 1.5 × 10–3 М.

Скачать (85KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025