КИНЕТИКА РАЗЛОЖЕНИЯ ПАРА-ХЛОРАНИЛИНА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАЗРЯДА ПОСТОЯННОГО ТОКА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ВОЗДУХЕ
Аннотация
В статье приводятся результаты исследований кинетики разложения пара-хлор-анилина в его водных растворах под действием разряда постоянного тока атмосферного давления, горящего в воздухе над поверхностью раствора. Эксперименты проводились для случаев, когда раствор служил либо катодом, либо анодом разрядной системы. Диапазон исследованных токов разряда составлял 30-70 мА, а начальных концентраций п-хлоранилина был 0,022-0,274 ммоль/л. Время воздействия разряда составляло 0-300 с. Оказалось, что во всех случаях наблюдаемая кинетика разложения удовлетворительно (коэффициент детерминации не хуже 0,96) описывалась формальным уравнением первого кинетического порядка по концентрации п-хлоранилина. Кажущаяся константа скорости разложения зависела от тока разряда и начальной концентрации раствора. Константа скорости уменьшалась с ростом начальной концентрации при заданном токе и росла с ростом тока при заданной концентрации. Типичные значения констант скоростей составляли ~ (0,01-0,05) с-1. Константы скоростей и скорости разложения зависели от того был ли раствор анодом или катодом. Для жидкого катода константы и скорости были всегда выше, чем для жидкого анода при одинаковых условиях (начальной концентрации раствора и токе разряда). При временах горения разряда от 180 до 300 с удается полностью разложить п-хлораналин. Измерена мощность, вкладываемая в разряд для случаев жидкого катода и анода. При росте тока разряда от 30 до 70 мА мощность увеличивалась от 27,3 до 47,1 Вт для анода и от 32,1 до 71.8 Вт для катода. На основе полученных данных определен энергетический выход разложения. Выход также зависел от параметров разряда и концентрации раствора. Его величина составляла ~ (0,01-0,06) молекул на 100 эВ вложенной энергии.
Для цитирования:
Игнатьев А.А., Иванов А.Н., Шутов Д.А., Рыбкин В.В. Кинетика разложения пара-хлоранилина в водном растворе под действием разряда постоянного тока атмосферного давления в воздухе. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 7. С. 96-101. DOI: 10.6060/ivkkt.20256807.7216.
Литература
Trojanowic M. Removal of persistent organic pollutants (POPs) from waters and wastewaters by the use of ionizing radiation. Sci. Total Environ. 2020. V. 718. P. 134425. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.134425.
Boon N., Goris J., Voc P.D., Verstraete W., Top E.M. Genetic diversity among 3-chloroaniline and aniline-degrading strains of the Comamonadaceae. Environ. Microbiol. 2001. V. 67. N 3. P. 1107-1115. DOI: 10.1128/AEM.67.3.1107-1115.2001.
Yanmei Y., Tao H., Fan J., Ma L. Degradation of p-chloroaniline by persulfate activated with ferrous sulfide ore particles. Chem. Eng. J. 2015. V. 268. P. 38-46. DOI: 10.1016/j.cej.2014.12.092.
Mia R., Selim M., Shamim A., Chowdhury M., Sultana S. Review on various types of pollution problem in textile dyeing & printing industries of Bangladesh and recommendation for mitigation. J. Text. Eng. 2019. V. 5 N 4. P. 220-226. DOI: 10.15406/jteft.2019.05.00205.
Wang X., Li Y., Pan L., Miao J., Li Y., Wei S., Lin Y., Wu J. Toxicity assessment of p-choroaniline on Platymonas subcordiformis and its biodegradation. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2020. V. 189. P. 109995.
Wei S., Miao J., Li Y., Li Y., Wang X., Pan L., Li Y., Wu J., Lin Y. Toxic effect of p-chloroaniline and butyl acrylateon Nannochloropsis Oculata based on water samples from two sea areas. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2021. V. 83. P. 103582. DOI: 10.1016/j.etap.2021.103582.
Begründung zu p-Chloranilin in TRGS 900. Ausschuss für Gefahrstoffe. 2019. 79 p.
Wu M., Miao J., Li Y., Wu J., Wang G., Zhang D., Pan L. Impact of P-Chloroaniline on Oxidative Stress and Bi-omacromolecules Damage in the Clam Ruditapes philip-pinarums: A Simulate Toxicity Test of Spill Incident. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022. V. 19. N 9. P. 5092. DOI: 10.3390/ijerph19095092.
Yanmei Y., Tao H., Fan J. Degradation of p-chloroaniline by persulfate activated with ferrous sulfide ore particles. Chem. Eng. J. 2015. V. 268. P. 38-46. DOI: 10.1016/j.cej.2014.12.092.
Zhang Y., Tran H.P., Du X., Hussain I., Huang S., Zhou S., Wen W. Efficient pyrite activating persulfate process for degradation of p-chloroaniline in aqueous systems: a mechanistic study. Chem. Eng. J. 2017. V. 308. P. 1112-1119. DOI: 10.1016/j.cej.2016.09.104.
Liang H.Y., Zhang Y.Q., Huang S.B., Hussain I. Oxidative degradation of p-chloroaniline by copper oxidate acti-vated persulfate. Chem. Eng. J. 2013. V. 218. P. 384-391. DOI: 10.1016/j.cej.2012.11.093.
Wenhua L., Shaoping T., Shao an C., Jianqing Z., Chunan C. Photocatalytic decomposition of P-chloroaniline in water over immobilized TiO2. Chem. J. Internet. 2001. N 3. P. 1-13.
Rybkin V.V., Shutov D.A. Atmospheric-Pressure Electric Discharge as an Instrument of Chemical Activation of Water Solutions. Plasma Phys. Rep. 2017. V. 43. N 11. P. 1089–1113. DOI: 10.1134/S1063780X17110071.
Jiang B., Zheng J., Qiu S., Wu M., Zhang Q., Yan Z., Xue Q. Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation. Chem. Eng. J. 2014. V. 236. P. 348–368. DOI: 10.1016/j.cej.2013.09.090.
Locke B.R., Mededovic Thagard S.M. Analysis and review of chemical reactions and transport processes in pulsed electrical discharge plasma formed directly in liquid water. Plasma Chem. Plasma Process. 2012. V. 32. N 5. P. 875–917. DOI: 10.1007/s11090-012-9403-y.
Guschin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Yu., Gusev G.I., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan A.S., Rybkin V.V. Gas discharges as a tool for cleaning gas and solution mediums and synthesis of inorganic materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 120-131. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6835j.
Smirnov S.A, Shutov D.A., Bobkova E.S., Rybkin V.V. Chemical Composition, Physical Properties and Populating Mechanism of Some O(I) States for a DC Discharge in Oxygen with Water Cathode. Plasma Chem. Plasma Process. 2016. V. 36. N 2. P. 415–436. DOI: 10.1007/s11090-015-9669-y.
Bobkova E.S., Rybkin V.V. Peculiarities of Energy Efficiency Comparison of Plasma Chemical Reactors for Wa-ter Purification from Organic Substances. Plasma Chem. Plasma Process. 2015. V. 35. N 1. P. 133–142. DOI: 10.1007/s11090-014-9583-8.
Wahner A., Zetzsch C. Rate constants for the addition of OH to aromatics (benzene, p-chloroaniline, and o-, m-, and p-dichlorobenzene) and the unimolecular decay of the adduct. Kinetics into a quasi-equilibrium. J. Phys. Chem. 1983. V. 87. N 24. P. 4945-4951. DOI: 10.1021/j150642a036.
Shutov D.A., Smirnova K.V., Ivanov A.N., Rybkin V.V. The Chemical Composition of Species Formed in a Water Anode Under the Action of a Direct Current Electric Discharge: Comparison with Liquid Cathode—Experiment and Simulation. Plasma Chem. Plasma Process. 2023. V. 43. N 3. P. 577–597. DOI: 10.1007/s11090-023-10322-1.
Shutov D.A., Batova N.A., Smirnova K.V., Ivanov A.N., Rybkin V.V. Kinetics of processes initiated in a water cathode by the action of a direct current discharge at atmospheric pressure in air: simulation and experiment. J. Phys. D: Appl. Phys. 2022. V. 55. N 34. P. 345206. DOI: 10.1088/1361-6463/ac74f8.
Gao J.Z., Hu Z.A., Lu Q.F., Na P.J., Chen P., Liu Y.J., Yu J. Degradation of chloroanilines in Aqueous Solution by Contact Glow Discharge Electrolysis. Plasma Sci. Technol. 2003. V. 5. N 2. P. 1721-1727. DOI: 10.1088/1009-0630/5/2/007.
Gushchin A., Kvitkova E., Ignatev A., Izvekova T., Sharova J., Rybkin V. Oxidative Destruction of p‐Chloroaniline in a Dielectric Barrier Discharge at Atmospheric Pressure in Oxygen. Plasma Process. Polym. 2025. V. 22. N 5. P. 2400232. DOI: 10.1002/ppap.202400232.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Izvekova T.V., Kvitkova E.Yu., Rybkin V.V. Destruction of aqueous solutions of 2,4-dichlorophenol in a plasma-catalytic barrier discharge reactor. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 11. P. 103-111. DOI: 10.6060/ivkkt.20216411.6507.
Gushchin A.A., Grinevich V.I., Shulyk V.Y., Kvitkova E.Y., Rybkin V.V. Destruction Kinetics of 2,4 Dichlorophenol Aqueous Solutions in an Atmospheric Pressure Dielectric Barrier Discharge in Oxygen. Plasma Chem. Plasma Process. 2018. N 1. P. 123–134. DOI: 10.1007/s11090-017-9857-z.
Nawaz M.I., Yi C., Zafar A.M., Yi R., Abbas B., Sulemana H., Wu C. Efficient degradation and minerali-zation of aniline in aqueous solution by new dielectric barrier discharge nonthermal plasma. Environ. Res. 2023. V. 237. P. 11705. DOI: 10.1016/j.envres.2023.117015.
