УДАЛЕНИЕ ХЛОРФЕНОЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ АДСОРБЦИЕЙ И ОКИСЛЕНИЕМ В ПРИСУТСТВИИ МОДИФИЦИРОВАННОГО АКТИВИРОВАННОГО УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА
Аннотация
Изучены адсорбция и жидкофазное каталитическое разложение в присутствии пероксида водорода 3- и 4-хлорфенолов для оценки эффективности адсорбционного и каталитического методов очистки растворов от хлорфенолов, относящихся к особой группе приоритетных токсичных загрязнителей воды. В качестве адсорбентов и гетерогенного катализатора использовали активированное углеродное волокно и волокно, модифицированное железом/оксидом железа, обладающих высокоразвитой поверхностью и пористой структурой. Показано, что величина предельной адсорбции хлорпроизводных фенола выше на исходном углеродном волокне в сравнении с модифицированным и составляет 309 для 3-хлорфенола и 301 для 4-хлорфенола мг/г, соответственно. Изотерма адсорбции 4-хлорфенола исходным волокном описывается уравнением Ленгмюра с константой (0,065 л/г), для композитного сорбента константа адсорбции составляет (0,037 л/мг). Установлено, что удаление хлорфенолов из водных растворов в процессе каталитического окисления в присутствии гетерогенного катализатора является более эффективным, чем в процессе адсорбции. Получены экспериментальные данные по зависимости концентрации 3- и 4-хлорфенолов от времени деструкции при заданных величинах рН и соотношениях загрязнителя и пероксида водорода. При увеличении соотношения 4-хлорфенол: Н2О2 от 1:1 до 1:6 наблюдается возрастание степени деструкции хлорфенола от 75% до 88% (рН 3), при изменении рН от 1 до 9 наибольшая степень деструкции 70%(3-ХФ) и 87%(4-ХФ) достигнута при рН 3 (хлорфенол: Н2О2 1:4). Показано, что в исследуемой системе хлорфенол/ Н2О2 /катализатор существуют оптимальные параметры (pH 3 и соотношение хлорфенол: Н2О2 1:6), которые обеспечивают наиболее полное удаление хлорфенола из раствора. Результаты хромато-масс-спектрометрического анализа показывают, что в ходе контакта с модифицированным волокном заметно уменьшается содержание 4-ХФ и образуются продукты деструкции (например, малеиновая кислота), что согласуется с известными схемами окислительной деструкции хлорфенолов.
Литература
Maiystrenko V.N., Klyuev N.A. Environmental-analytical monitoring of persistent organic pollutants. M.: BINOM. Laboratoriya znaniy, 2004. 323 p. (in Russian).
Pera-Titus M., Garía-Molina V., Baños M.A., Giménez J., Esolugas S. Degradation of chlorophenols by means of ad-vanced oxidation processes: a general review. Appl. Cat. B: Envir. 2004. V. 47. P. 219-256. DOI: 10.1016/j.apcatb.2003.09.010.
Dąbrowski A., Podkościelny P., Hubinski Z., Barczak M. Adsorption of phenolic compounds by activated carbon – a critical review. Chemosphere. 2005. V. 58. P. 1049-1070. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.09.067.
Ayranci E., Conway B.E. Removal of phenol, phenoxide and chlorophenols from waste-water by adsorption and electrosorption at high-area carbon felt electrodes. J. Electroanal. Chem. 2001. V. 513. P. 100-110. DOI: 10.1016/S0022-0728(01)00529-0.
Liu Q.-S., Zheng T., Wang P., Jiang J.-P., Li N. Adsorption isotherm, kinetic and mechanism studies of some substituted phenols on activated carbon fibers. Chem. Eng. J. 2010. V. 157. P. 348-356. DOI: 10.1016/j.cej.2009.11.013.
Stüber F, Polaert I, Delmas H., Font J., Fortuny A., Fabregat A. Catalytic wet air oxidation of phenol using activated carbon performance of discontinuous and continuous reactor. J. Chem. Techn. Biotechnol. 2001. V. 76. P. 743-751. DOI: 10.1002/jctb.441.
Suárez-Ojeda M.E., Fabregat A., Stüber F, Fortuny A., Carrera J., Font J. Catalytic wet air oxidation of substituted phenols: Temperature and pressure effect on the pollutant removal, the catalyst preservation and the bio-degradability enhancement. Chem. Eng. J. 2007. V. 132. P. 105-115. DOI: 10.1016/j.cej.2007.01.025.
Wang J., Fu W., He X., Yang S., Zhu W. Catalytic wet air oxidation of phenol with functionalized carbon materials as catalysts: Reaction mechanism and pathway. J. Envir. Sci. 2014. V. 26. N 8. P. 1741-1749. DOI: 10.1016/j.jes.2014.06.015.
Lin S.S., Chang D.J., Wang C.-H., Chen C.C. Catalytic wet air oxidation of phenol by CeO2 catalyst—effect of reaction conditions. Water Res. 2003. V. 37. N 4. P. 793-800.
Kuśmierek K. The removal of chlorophenols from aqueous solutions using activated carbon adsorption integrated with H2O2 oxidation. Reac. Kinet. Mech. Cat. 2016. V. 119. P. 19-34. DOI: 10.1007/s11144-016-1039-0.
Lücking F., Köser H., Jank M., Ritter A. Iron powder, graphite and activated carbon as catalysts for the oxidation of 4-chlorophenol with hydrogen peroxide in aqueous solution. Water Res. 1998. V. 32. N 9. P. 2607-2614. DOI: 10.1016/S0043-1354(98)00016-5.
Hurtado L., Amado-Piña D., Roa-Morales G., Peralta-Reyes E., del Campo E.M., Natividad R. Comparison of AOPs efficiencies on phenolic compounds degradation. Hindawi Publishing corporation J. Chem. 2016. V. 2016. Article ID 4108587. DOI: 10.1155/2016/4108587.
Saritha P., Aparna C., Himabindu V., Anjaneyulu Y. Comparison of various advanced oxidation processes for the degradation of 4-chloro-2 nitrophenol. J. Haz. Mater. 2007. V. 149. P. 609-614. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.06.111.
Nidheesh P.V. Heterogeneous Fenton catalysts for the abatement of organic pollutants from aqueous solution: a review. RSC Adv. 2015. V. 5. P. 40552-40577. DOI: 10.1039/c5ra02023a.
Ribeiro R.S., Silva A.M.T., Figueiredo J.L., Faria J.L., Comes H.T. Catalytic wet peroxide oxidation: a route to-wards the application of hybrid magnetic carbon nano-composites for the degradation of organic pollutants. A review. Appl. Cat. B: Envir. 2016. V. 187. P. 428-460. DOI: 10.1016/j.apcatb.2016.01.033.
Huang H.-H., Lu M.-C., Chen J.-N. Catalytic decomposition of hydrogen peroxide and 2-chlorophenol with iron oxide. Water Res. 2001. V. 35. N 9. P. 2291-2299.
Wang C., Liu H., Sun Z. Heterogeneous photo-Fenton reaction catalyzed by nanosized iron oxides for water treatment. Internat. J. Photoenergy. 2012. V. 2012. Atricle ID 801694. DOI: 10.1155/2012/801694.
Hassani G., Takdastan A., Ghaedi M., Goudarzi G., Neisi A., Babaei A.A. Optimization of 4-chlorphenol oxidation de manganese ferrite nanocatalyst with response surface methodology. Int. J. Electrochem. Sci. 2016. V. 11. P. 8471-8485. DOI: 10.20964/2016.10.36.
Li R., Gao Y., Jin X., Chen Z., Megharaj M., Naidu R. Fenton-like oxidation of 2,4-DCP in aqueous solution us-ing iron-based nanoparticles as the heterogeneous catalyst. J. Colloid Interface Sci. 2015. V. 438. P. 87-93. DOI: 10.1016/j.jcis.2014.09.082.
Song-Hu Y., Xiao-Hua L. Comparison treatment of various chlorophenols by electro-Fenton method: relationship between chlorine content and degradation. J. Haz. Mater. B. 2005. V. 118. P. 85-92. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2004.08.025.
Oturan N., Panizza M., Oturan M.A. Cold incineration of chlorophenols in aqueous solution by advanced elec-trochemical process Electro-Fenton. Effect of number and position of chlorine atoms on the degradation kinetics. J. Phys. Chem. A. 2009. V. 113. P. 10988-10993. DOI: 10.1021/jp9069674.
Nidheesh P.V., Gandhimathi R. Trends in electro-Fenton process for water and wastewater treatment: An overview. Desalination. 2012. V. 299. P. 1-15. DOI: 10.1016/j.desal.2012.05.011.
Pimentel M., Oturan N., Desotti M., Oturan M.A. Phenol degradation by advanced electrochemical oxidation process electro-Fenton using carbon felt cathode. Appl. Cat. B: Envir. 2008. V. 83. P. 140-149. DOI: 10.1016/j.apcatb.2008.02.011.
Li J., Ai Z., Zang L. Design of a neutral electro-Fenton system with Fe@Fe2O3/ACF cathode for wastewater treatment. J. Haz. Mat. 2009. V. 164. P. 18-25. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.07.109.
Artemyanov A.P., Zemskova L.A., Ivanov V.V. Catalytic wet peroxode oxidation of phenol over catalyst carbon fiber/(iron, iron oxide). Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 8. P. 88-95.
Bustos-Ramírez K., Barrera-Díaz C., Icaza-Herrera M., Martínez-Hernández A., Natividad R., Velasco-Santos C. 4-chlorophenol removal from water using graphite and graphene oxides as photocatalysts. J. Envir. Health Sci. Eng. 2015. V. 13. P. 33-43. DOI: 10.1186/s40201-015-0184-0.
Brillas E., Sauleda R., Casado J. Degradation of 4-chlorophenol by anodic oxidation, electro-Fenton, photo-electro-Fenton, and peroxicoagulation processes. J. Electrochem. Soc. 1998. V. 145. P. 759-765. DOI: 10.1149/1.1838342.
