КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ КРАСИТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Аннотация
В работе проанализированы процессы деструкции красителя кислотный красный 2С в плазменных и совмещенных плазменно-каталитических процессах при различных параметрах (время контакта раствора с разрядом, мощность разряда, расход плазмообразующего газа и раствора, содержащего краситель). Синтезирован катализатор, содержащий Zr 5 мас.%, а c помощью рентгеноструктурного анализа установлено, что основная фаза ZrO2 в катализаторе - моноклинная, обладающая наибольшей каталитической активностью. Наибольшая эффективность деструкции наблюдается при времени контакта с зоной горения плазмы 5,9 с. Дальнейшее увеличение времени контакта не приводит к изменению степени разложения красителя. При увеличении мощности, вкладываемой в разряд, и частоты приложенного напряжения также наблюдается рост эффективность очистки. Константа скорости деструкции при обработке без катализатора составляет (0,49 ± 0,07) с-1, а эффективность процесса разложения кислотного красного ~ 80%. При использовании в системе катализатора (5% ZrО2, нанесенный на вермикулит) эффективность увеличивается в 1,2 раза (~94%), константа скорости деструкции составила (0,99 ± 0,26) с-1. Величина pH в процессе обработки растворов красителя снижается с 8,07 до 5,7, что может свидетельствовать об образовании различных кислот. Первоначальный этап деструкции включает разрыв азо-связей и разрушение ароматических колец, сопровождающийся образованием промежуточных соединений с карбоксильными и гидроксильными функциональными группами. Эти соединения проявляют слабокислые свойства, что и отражается в уменьшении pH раствора. При увеличении времени контакта в плазменно-каталитическом процессе степень минерализации возрастает и при максимальных значениях достигает 60%. В системах, реализующих диэлектрический барьерный разряд без катализатора, степень минерализации не превышала 50%.
Для цитирования:
Гусев Г.И., Клипов Н.В., Заварихин И.В., Квиткова Е.Ю., Гридин Г.А., Гордина Н.Е., Гущин А.А. Кинетические закономерности разложения водных растворов красителей с использованием плазменно-каталитических систем. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 4. С. 111-120. DOI: 10.6060/ivkkt.20266904.6940.
Литература
Hoseini S.N., Pirzaman A.K., Aroon M.A., Pirbazari A.E. Photocatalytic degradation of 2, 4-dichlorophenol by Codoped TiO2 (Co/TiO2) nanoparticles and Co/TiO2 containing mixed matrix membranes. J. Water Process. Eng. 2017. V. 17. P. 124-134. DOI: 10.1016/j.jwpe.2017.02.015.
Novikov Yu.V. Ecology, environment and man. M.: Grand, Fair. 1998. 316 p. (in Russian).
Sadovnikova L.K., Orlov D.S., Lozanovskaya I.N. Ecology and environmental protection in case of chemical pollution. M.: Vyssh. sh. 2008. 333 p. (in Russian).
Jiang G., Lan M., Zhang Z., Lv X., Lou Z., Xu X., Dong F., Zhang S. Identification of active hydrogen species on palladium nanoparticles for an enhanced electro-catalytic hydrodechlorination of 2, 4-dichlorophenol in water. J. Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. P. 7599-7605. DOI: 10.1021/acs.est.7b01128.
Mathew J.T., Inobeme A., Adetunji C.O., Mamman A. Technological solutions for dye removal from the natural environment. In dye pollution from textile industry: challenges and opportunities for sustainable development. Singapore: Springer Nature. 2024. P. 67-86. DOI: 10.1007/978-981-97-5341-3_4.
Kumari U. Textile dyes and their impact on the natural environment. In dye pollution from textile industry: challenges and opportunities for sustainable development. Singapore: Springer Nature. 2024. P. 17-30. DOI: 10.1007/978-981-97-5341-3_2.
Naqvi S.L.H., Nadeem M., Ayub F., Yasar A., Naqvi S.H.Z., Tanveer R. Social and environmental impacts in textile production. In dye pollution from textile industry: challenges and opportunities for sustainable development. Singapore: Springer Nature. 2024. P. 17-30. DOI: 10.1007/978-981-97-5341-3_19.
Nezamzadeh-Ejhieh A., Ghanbari-Mobarakeh Z. Heterogeneous photodegradation of 2, 4-dichlorophenol us-ing FeO doped onto nano-particles of zeolite P. J. Ind. Eng. Chem. 2015. V. 21. P. 668-676. DOI: 10.1016/j.jiec.2014.03.035.
Inobeme A., Mathew J.T., Adetunji C.O., Agbugui M.O., Inobeme J., Enerijiofi K.E., Daniel O. Under-standing Dye Pollution and Its Impact on the Environment In dye pollution from textile industry: challenges and op-portunities for sustainable development. Singapore: Springer Nature. 2024. P. 3-15. DOI: 10.1007/978-981-97-5341-3_1.
Asim S., Zhu Y., Batool A., Hailili R., Luo J., Wang Y., Wang C. Electrochemical treatment of 2, 4–dichlorophenol using a nanostructured 3D–porous Ti/Sb–SnO2–Gr anode: Reaction kinetics, mechanism, and continuous operation. Chemosphere. 2017. V. 185. P. 11-19. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.06.125.
Dallinger A., Horn M.A. Agricultural soil and drilosphere as reservoirs of new and unusual assimilators of 2, 4‐dichlorophenol carbon. Environ. Microbiol. 2014. V. 16. N 1. P. 84-100. DOI: 10.1111/1462-2920.12209.
Rauf M.A., Ashraf S.S. Radiation induced degradation of dyes—an overview. J. Hazard. Mater. 2009. V. 166. N 1. P. 6-16. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.11.04.
Li S., Ma X., Liub L., Cao X. Degradation of 2, 4-dichlorophenol in wastewater by low temperature plasma coupled with TiO2 photocatalysis. RSC Adv. 2015. V. 5. N 3. P. 1902-1909. DOI: 10.1039/C4RA10797G.
Gushchin A.A., Grinevich V.I., Shulyk V.Y., Kvitkova E.Y., Rybkin V.V. Destruction kinetics of 2,4 dichloro-phenol aqueous solutions in an atmospheric pressure dielectric barrier discharge in oxygen. Plasma Chem. Plasma Process. 2018. V. 38. N 1. P. 123-134. DOI: 10.1007/s11090-017-9857-z.
Hallaj T., Amjadi M. Determination of 2, 4-dichlorophenol in water samples using a chemilumines-cence system consisting of graphene quantum dots, rhodamine B and cerium (IV) ion. Mikrochim Acta. 2016. V. 183. P. 1219-1225. DOI: 10.1007/s00604-016-1749-z.
Butman M.F., Gushchin A.A., Ovchinnikov N.L., Gusev G.I., Zinenko N.V., Karamysheva S.P., Krämer K.W. Synergistic Effect of Dielectric Barrier Discharge Plasma and TiO2-Pillared Montmorillonite on the Degradation of Rhodamine B in an Aqueous Solution. Catalysts. 2020. V. 10. P. 359. DOI: 10.3390/catal10040359.
Daneshvar N., Salari D., Khataee A.R. Photocatalytic degradation of azo dye acid red 14 in water on ZnO as an alternative catalyst to TiO2. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2004. V. 162. N 2-3. P. 317-322. DOI: 10.1016/S1010-6030(03)00378-2.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Baburina E.M., Severgina E.S., Gordina N.E. Plasma-catalytic de-composition of 2,4-dichlorophenol in a dielectric barrier discharge with a vermiculite ZiO2 composite. Adv. Chem. Eng. Sci. 2023. V. 13. N 4. P. 318-335. DOI: 10.4236/aces.2023.134022.
Gordina N.E., Melnikov A.A., Gusev G.I., Gushchin A.A., Rumyantsev R.N., Astrakhantseva I.A. Mechano-chemical and plasmachemical processing in the synthesis of catalytic systems based on vermiculite and zirconium oxychloride. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 5. P. 43-57 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226505.6612.
PND F 14.1:2:4.190-2003. Methodology for measuring dichromate oxidizability (chemical oxygen demand) in samples of natural, drinking and waste water by the photometric method using the Fluorat-02 liquid analyzer. Lumex LLC. 2003. (in Russian).
Bellamy L. The infrared spectra of complex molecules: Volume two advances in infrared group frequencies. Springer Science & Business Media. 2012. 433 p. DOI: 10.1007/978-94-011-6017-9.
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 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206307.6182.
Gushchin 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 so-lution media and synthesizing inorganic materials. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 120-131 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6835j.
Huang R., Yan X., Ye, S., Kashtiban R., Beanland R., Morgan K.A., De Groot C.H. Compliance-free ZrO2/ZrO2 − x/ZrO2 resistive memory with controllable interfacial multistate switching behaviour. Nanoscale Res. Lett. 2017. V. 12. N 1. P. 384-393. DOI 10.1186/s11671-017-2155-0.
Basahel S.N., Ali T.T., Mokhtar M., Narasimharao K. Influence of crystal structure of nanosized ZrO2 on pho-tocatalytic degradation of methyl orange. Nanoscale Res. Lett. 2015. V. 10. P. 73-85. DOI: 10.1186/s11671-015-0780-z.
Bubnov A.G., Burova E.Y., Grinevich V.I., Rybkin V.V., Kim J.K., Choi H.S. Plasma-catalytic decomposi-tion of phenols in atmospheric pressure dielectric barrier discharge. Plasma Chem. Plasma Processing. 2006. V. 26. N 1. P. 19-30. DOI: 10.1007/s11090-005-8722-7.
