ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРОКСОДИСЕРНОЙ КИСЛОТЫ В ПРОЦЕССАХ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФЕНОЛА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ
Аннотация
Исследовано применение наиболее перспективного направления деструкции фенола и его производных, а именно, процессов с образованием свободных радикалов – Advanced Oxidation Processes. В качестве источника высокоэффективных окислителей - сульфат-радикалов использован раствор пероксодисерной кислоты (H2S2O8). Исследуемый окислитель является промежуточным продуктом электрохимического окисления растворов серной кислоты, в связи с чем имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными окислителями ввиду низкой стоимости и широкой доступности исходного прекурсора. Доказано, что разложение H2S2O8 протекает с образованием свободных сульфат-радикалов (SO4-·), гидроксил-радикалов (OH·) и супероксид-радикалов (O2-·), что позволяет значительно увеличить эффективность окислительной деструкции. Изучено несколько подходов к активации процесса распада пероксодисерной кислоты с образованием свободных радикалов: каталитический, щелочной и термический. Определено влияние pH на процесс деструкции фенола и его производных. В качестве катализатора разложения на основе Фентон-подобных систем были выбраны металлы переменной валентности Ti3+, Fe2+ и Fe3+) для всех исследуемых поллютантов оптимальной была признана соль железа (II). Наибольшие эффективности удаления фенола и его производных были достигнуты при щелочной активации: для гидрохинона (99,9%), фенола (76,2%), пирокатехина (62,2%) и резорцина (34,5%). Отмечено снижение эффективности деструкции резорцина при повышении температуры, в связи с чем предложены механизмы распада каждого исследуемого поллютанта в зависимости от параметров проведения процесса. Установлено, что в некоторых случаях сочетание нескольких методов активации позволяет достичь высоких степеней деструкции (более 76%). Полученные результаты позволяют рассматривать пероксодисерную кислоту в качестве альтернативного окислителя загрязняющих веществ сточных вод крупнотоннажных производств.
Для цитирования:
Писарева А.А., Любушкин Т.Г., Кузин Е.Н., Иванцова Н.А. Оценка возможности применения пероксодисерной кислоты в процессах очистки сточных вод от фенола и его производных. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 5. С. 137-144. DOI: 10.6060/ivkkt.20256805.7169.
Литература
Mongush G.R., Chuldum K.K., Garyntseva N.V. Kuznetsov B.N. The Influence of Retention of Volatile Substances in Pyrolysis Zone of Kaa-Khemsky and Mezhegeisky Coal Deposits on Component Composition of Coal Tar. Zhurn. SibFU Khim. 2020. V 13. N 4. P. 606-619 (in Russian). DOI: 10.17516/1998-2836-0209
Gogate P.R. Treatment of wastewater streams containing phenolic compounds using hybrid techniques based on cavitation: A review of the current status and the way for-ward. Ultrason. Sonochem. 2008. V. 15. N 1. P. 1-15. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2007.04.007.
Prokopyev S.A., Alekseeva O.L., Savon D.Yu., Kostyukhin Yu.Yu., Prokopyev E.S. The process of development of coal enrichment technologies in Russia and abroad. Ugol’. 2023. N. 11. P. 96-101(in Russian). DOI: 10.18796/0041-5790- 2023-11-96-101.
Khoj M.A. Fabrication of silica/calcium alginate nano-composite based on rice husk ash for efficient adsorption of phenol from water. RSC Adv. 2024. V. 14. N 33. P. 24322-24334. DOI: 10.1039/D4RA04070H.
Wazeer I., Hizaddin H.F., Wen N.X., Blidi L.E., Hashim M.A., Hadj-Kali M.K. Extraction of Phenol as Pollutant from Aqueous Effluents Using Hydrophobic Deep Eutectic Solvents. Water. 2023. V. 15. N 24. P. 4289. DOI: 10.3390/w15244289.
Zhou Y., Nemati M. Co-biodegradation of phenol, o-cresol, and p-cresol in binary and ternary mixtures: Evalu-ation of bioreactor performance and toxicity of treated ef-fluents. Water Air Soil Pollut. 2022. V. 233. N 4. P. 133. DOI: 10.1007/s11270-022-05605-w.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Rybkin V.V., Izvekova Т.V., Sharonov A.V. Treatment of wastewater containing 2,4-dichlorophenol in dielectric barrier discharge plasma. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 7. P. 88-94. DOI: 10.6060/ivkkt.20206307.6182.
Kuznetsov V.V., Ivantsova V.A., Kuzin E.N., Pirogov A.V., Mezhuev Y. O., Filatova E.A., Averina Y.M. Study of the Process of Electrochemical Oxidation of Active Pharmaceutical Substances on the Example of Nitrofurazone ((2 E)-2-[(5-Nitro-2-furyl) methylene] hydrazine Carboxamide). Water. 2023. V. 15. N 19. P. 3370. DOI: 10.3390/w15193370.
Liubushkin T.G., Kuzin E.N., Ivantsova N.A., Konkova T.V. Assessment of the possibility of using peroxodisuluric acid in the treatment processes of wastewater containing synthetic dyes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 1. P. 120-126. DOI: 10.6060/ivkkt.20256801.7124.
Huang K., Zhuan H. A comprehensive kinetic model for phenol oxidation in seven advanced oxidation processes and considering the effects of halides and carbonate. WRX. 2022. V. 14. P. 100129. DOI: 10.1016/j.wroa.2021.100129.
Xiao S., Cheng M., Zhong H., Liu Z., Liu Y., Yang X., Liang Q. Iron-mediated activation of persulfate and per-oxymonosulfate in both homogeneous and heterogeneous ways: a review. Chem. Eng. J. 2020. V. 384. P. 123265. DOI: 10.1016/j.cej.2019.123265.
You Y., Huang S., Chen M., Parker K.M., He Z. Hematite/selenium disulfide hybrid catalyst for enhanced Fe (III)/Fe (II) redox cycling in advanced oxidation processes. J. Hazard. Mater. 2022. V. 424. P. 127376. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.127376.
Y.Gan, J. Li, L. Zhang, B. Wu., H. Wenguang., H. J. Li., S. Zhang. Potential of titanium coagulants for water and wastewater treatment: Current status and future perspectives. Chem. Eng. J. 2021. V. 406. P. 126837. DOI: 10.1016/j.cej.2020.126837.
Thomas M., Bąk J., Królikowska J. Efficiency of titanium salts as alternative coagulants in water and wastewater treatment: Short review. Desalin. Water Treat. 2020. V. 208. P. 261-272. DOI: 10.5004/dwt.2020.26689.
Kuzin E.N., Krutchinina N.E., Chernyshev P.I., Vizen N.S. Synthesis of Titanium Trichloride. Inorg. Mater. 2020. V. 56. N 5. P. 507–511. DOI: 10.1134/S002016852005009X.
Kuzin E.N., Krutchinina N.E. Evaluation of effectiveness of use of complex coagulants for wastewater treatment processes of mechanical engineering. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 10. P. 140-146. DOI: 10.6060/ivkkt.20196210.5939.
Xia X., Zhu F., Li J., Yang H., Wei L., Li Q., Jiang J., Zhang G., Zhao Q. A review study on sulfate-radical-based advanced oxidation processes for domestic/industrial wastewater treatment: degradation, efficiency, and mechanism. Front. Chem. 2020. V. 8. P. 592056. DOI: 10.3389/fchem.2020.592056.
Li T. Cao M., Liang J., Xie X., Du G. Mechanism of base-catalyzed resorcinol-formaldehyde and phenol-resorcinol-formaldehyde condensation reactions: A theoretical study. Polymers. 2017. V. 9. N 9. P. 426-440. DOI: 10.3390/polym9090426.
Weber B., Chavez A., Morales-Mejia J., Eichenauer S., Stadlbauer E.A., Almanza R. Wet air oxidation of resor-cinol as a model treatment for refractory organics in wastewaters from the wood processing industry. J. Environ. Manag. 2015. V. 161. P. 137-143. DOI: 10.1016/j.jenvman.2015.06.046.
Santos A., Lewis R.J., Morgan D.J., Davies T.E., Hampton E., Gaskin P., Hutchings G.J. The oxidative degrada-tion of phenol via in situ H2O2 synthesis using Pd supported Fe-modified ZSM-5 catalysts. Catal. Sci. Technol. 2022. V. 12. P. 2943-2953. DOI: 10.1039/D2CY00283C.
Checa-Fernández A., Santos A., Romero A., Dominguez C.M. Remediation of real soil polluted with hexachlorocy-clohexanes (α-HCH and β-HCH) using combined thermal and alkaline activation of persulfate: Optimization of the operating conditions. Sep. Purif. Technol. 2021. V. 270. P. 118795. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118795.
Abou-Hadeed K. From Maleic Anhydrides to Substituted Resorcinols. Chimia. 2000. V. 54. N 12. P. 760-762. DOI: 10.2533/chimia.2000.760.
