ОКИСЛЕНИЕ СУПЕРТОКСИКАНТОВ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ В ПРИСУТСТВИИ ФЕРРАТОВ
Аннотация
Проведено исследование процессов окисления при воздействии ферратов и совмещенного плазменного воздействия в присутствии ферратов на водные раствора фенола и 2,4-дихлорфенола (с начальной концентрацией органических соединений 1-100 мг/л). Синтез феррата, используемого в процессе очистки модельных растворов, осуществлялся химическим способом растворением Fe(NO3)3·9H2O в щелочном растворе NaClO4 с последующим нагреванием полученной смеси. Концентрация феррата в экспериментах была постоянной и составляла 0,1 г/л. Соотношение объемов в системах «обрабатываемый раствор – феррат» составляло 10:1. При воздействии ферратов на исследуемые растворы деструкция 2,4-дихлорфенола протекает более эффективно, чем в случае использования диэлектрического барьерного разряда (эффективность деструкции составляет 43% и 59% соответственно); для модельных растворов фенола эффективность деструкции была одинакова (не превышала 37%). Введение в разрядную зону плазмы феррата приводило к существенному увеличению эффективности деструкции исследуемых органических соединений (до 86% - для фенола и 92% - для 2,4-дихлорфенола). Показано, что деструкция органических соединений описывается уравнением 1-ого кинетического порядка, решение которого позволило оценить эффективные константы скорости и величины скоростей разложения фенола и 2,4-дихлорфенола. Механизм синергетического воздействия окисления органических соединений в системе «плазма-феррат» обусловлен взаимодействием следующих систем: 1) воздействие на водные растворы диэлектрического барьерного разряда, приводящее к образованию активных частиц; 2) протекание химических реакций между присутствующими в растворе FeO24- и активными частицами плазмы; 3) реакции окислителей с органическими соединениями, к которым относятся прямое окисление ферратом (VI) (с окислительно-восстановительный потенциалом 2,20 В) и активными частицами, образовавшимися в комбинированном процессе.
Для цитирования:
Клипов Н.В., Квиткова Е.Ю., Извекова Т.В., Гусев Г.И., Le Thi Mai Huong, Гордина Н.Е., Гущин А.А. Окисление супертоксикантов в диэлектрическом барьерном разряде в присутствии ферратов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 126-133. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7273.
Литература
Environmental Impacts. Volume III: Compendium of Environmental. German Federal Ministry for Economic Cooperation and Development (BMZ) (access date: 10.05.2025) https://wgbis.ces.iisc.ac.in/energy/HC270799/HDL/ENV/ErgDefault.html.
Olaniran A.O., Igbinosa E.O. Chlorophenols and other related derivatives of environmental concern: properties, distribution and microbial degradation processes. Chemo-sphere. 2011. V. 83. N 10. P. 1297–1306. DOI: 10.1016/ j.chemosphere.2011.04.009.
Wei Y., Zhu J. Para-Dichlorobenzene Exposure Is Asso-ciated with Thyroid Dysfunction in US Adolescents. J. Pediatr. 2016. V. 177. P. 238–243. DOI: 10.1016/j.jpeds.2016.06.085.
Michałowicz J., Włuka A., Cyrkler M., Maćczak A., Sicińska P., Mokra K. Phenol and chlorinated phenols exhibit different apoptotic potential in human red blood cells (in vitro study). Environ. Toxicol. Pharmacol. 2018. N 61. P. 95–101. DOI: 10.1016/j.etap.2018.05.014.
Pandis P.K., Kalogirou C., Kanellou E., Vaitsis C., Savvidou M.G., Sourkouni G., Argirusis C. Key points of advanced oxidation processes (AOPs) for wastewater, organic pollutants and pharmaceutical waste treatment: A mini review. Chem. Eng. 2022. V. 6. N 1. P. 8. DOI: 10.3390/chemengineering6010008.
Zhang M., Dong H., Zhao L., Wang D.X., Meng D. A review on Fenton process for organic wastewater treat-ment based on optimization perspective. Sci. Total Envi-ron. 2019. V. 670. P. 110-121. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.03.180.
Zhang K., Xie Y., Niu L., Huang X., Yu X., Feng M. Fe(IV)/Fe(V)-mediated polyferric sulfate/periodate system: A novel coagulant/oxidant strategy in promoting micropollutant abatement. J. Hazard. Mater. 2024. V. 466. P. 133614. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.133614.
Karim A.V., Krishnan S., Pisharody L., Malhotra M., Bustillo-Lecompte C. Application of ferrate for ad-vanced water and wastewater treatment. Adv. Oxidat. Proc. Appl. Trends Prosp. IntechOpen. 2020. DOI: 10.5772/intechopen.90231.
Yu J., Sumita, Zhang K., Zhu Q., Wu C., Huang S., Pang W. A review of research progress in the preparation and application of ferrate (VI). Water. 2023. V. 15. N 4. P. 699. DOI: 10.3390/w15040699.
Zhou Z., Liu X., Sun K., Lin C., Ma J., He M., Ouyang W. Persulfate-based advanced oxidation processes (AOPs) for organic-contaminated soil remediation: A review. Chem. Eng. J. 2019. V. 372. P. 836-851. DOI: 10.1016/j.cej.2019.04.213.
Sharma V.K., Zboril R., Varma R.S. Ferrates: greener oxidants with multimodal action in water treatment tech-nologies. Acc. Chem. Res. 2015. V. 48. N 2. P. 182-191. DOI: 10.1021/ar5004219.
Dar A.A., Pan B., Qin J., Zhu Q., Lichtfouse E., Usman M., Wang C. Sustainable ferrate oxidation: Reaction chemistry, mechanisms and removal of pollutants in wastewater. Environ. Pollut. 2021. V. 290. P. 117957. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.117957.
Gushchin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Y., Gusev G.I., Shutov D.A., Ivanov A.N., Rybkin V.V. A 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 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6835j.
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 Proc. 2018. V. 38. P. 123-134. DOI: 10.1007/s11090-017-9857-z.
Ignatiev A.A., Guschin A.A., Shutov D.A., Ivanov A.N., Manukyan А.S., Ivanova P.A., Rybkin V.V. Kinetics of decomposition of paracetamol in aqueous solution under the action of a DC discharge at atmospheric pressure in air. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 8. P. 135-140 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236608.6890.
Titov E.Yu., Bodrikov I.V., Titov D.Yu. Control of the Energy Impact of Electric Discharges in a Liquid Phase. Energies. 2023. V. 16. N 4. P. 1683. DOI: 10.3390/en16041683.
Shang K., Morent R., Wang N., Wang Y., Peng B., Jiang N., Li J. Degradation of sulfamethoxazole (SMX) by water falling film DBD Plasma/Persulfate: Reactive species identification and their role in SMX degradation. Chem. Eng. J. 2022. V. 431. P. 133916. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133916.
Jiang J.Q., Lloyd B., Grigore L. Preparation and evaluation of potassium ferrate as an oxidant and coagulant for potable water treatment. Environ. Eng. Sci. 2001. V. 18. N 5. P. 323-328. DOI: 10.1089/1092875015272604.
El Maghraoui A., Zerouale A., Ijjaali M., Mohamed S. Synthesis and characterization of ferrate (VI) alkali metal by wet method. Int. J. Modern Eng. Res. (IJMER). 2012. V. 2. N 6. P. 4521-4523.
GOST R 31858-2012 Drinking water. Method for determination of organochlorine pesticides by gas-liquid chromatography. Moscow: Standartinform. 2019 (Order of FATR and M of 11.29.2012 № 1620-st «Garant» date of access: 14.05.2025) (in Russian). https://base.garant.ru/5921859/
PND F 14.1:2:4.182-02. Quantitative chemical analysis of water. Methodology for measuring mass concentrations of phenols (total and volatile) in samples of natural, drinking and waste water using the fluorimetric method on the Fluorat-02 liquid analyzer. Moscow: Federal State Institution «Center for Environmental Monitoring and Analysis». 2002. 29 p. (in Russian).
Bobkova E., Khodor Y., Kornilova O., Rybkin V. Chemical composition of plasma of dielectric barrier dis-charge at atmospheric pressure with a liquid electrode. High Temp. 2014. V. 52. N 4. P. 511-517. DOI: 10.1134/S0018151X14030055.
Eliasson B., Hirth M., Kogelschatz U. Ozone synthesis from oxygen in dielectric barrier discharges. J. Phys. D: Appl. Phys. 1987. V. 20. N 11. P. 1421. DOI: 10.1088/0022-3727/20/11/010.
Zhang T., Lu J., Ma J., Qiang Z. Comparative study of ozonation and synthetic goethite-catalyzed ozonation of individual NOM fractions isolated and fractionated from a filtered river water. Water Res. 2008. V. 42. N 6-7. P. 1563-1570. DOI: 10.1016/j.watres.2007.11.005.
Løgager T., Holcman J., Sehested K., Pedersen T. Oxidation of ferrous ions by ozone in acidic solutions. Inor-ganic Chem. 1992. V. 31. N 17. P. 3523-3529. DOI: 10.1021/ic00043a009.
Han Q., Dong W., Wang H., Ma H., Gu Y., Tian Y. Degradation of tetrabromobisphenol A by a ferrate(VI)–ozone combination process: advantages, optimization, and mechanistic analysis. RSC Adv. 2019. V. 9. N 71. P. 41783–41793. DOI: 10.1039/C9RA07774J.
