РАЗЛОЖЕНИЕ ДИКЛОФЕНАКА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ В ПЛАЗМЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА

  • Anna A. Izvekova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Polina O. Sokolova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Elena Yu. Kvitkova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Vladimir V. Rybkin Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Andrey A. Gushchin Ивановский государственный химико-технологический университет
Ключевые слова: диклофенак, деструкция, диэлектрический барьерный разряд

Аннотация

Загрязнение окружающей среды фармацевтическими препаратами является серьезной экологической проблемой. Особую опасность представляет загрязнение водных объектов. В данном исследовании приводятся данные по окислительной деструкции диклофенака, присутствующего в водных растворах, при действии на них диэлектрического барьерного разряда (ДБР, 50 Гц) атмосферного давления в потоке кислорода и раствора. Диапазон исследованных концентраций составлял от 12,3 мкмоль/л до 61,5 мкмоль/л, а мощность, вкладываемая в разряд, была равна 9,8 Вт. Время контакта раствора с зоной разряда варьировалось в диапазоне от 1,7 до 7,3 с, а расход кислорода составлял 3 см3/с. Показано, что кинетика разложения диклофенака подчиняется уравнению первого кинетического порядка. Найденные кажущиеся константы скорости уменьшались с ростом концентрации от 0,84 до 0,32 с-1. При этом энергетическая эффективность разложения расла от 2,7∙10-3 до 4∙10-3 разложившихся молекул на 100 эВ вложенной энергии, а степень разложения достигала 90%. Было обнаружено, что в результате разложения диклофенака образуются карбоновые кислоты и альдегиды. Исследование кинетики образования этих веществ показало, что альдегиды являются промежуточными продуктами, а кислоты – конечными. Доля этих веществ в продуктах падает от 80% до 48% с ростом начальной концентрации диклофенака. Поскольку молекула диклофенака содержит атомы хлора и вторичную аминную группу (-NH-), при разложении в растворе появляются ионы Cl-, а также нитрит (NO2-) и нитрат (NO3-) ионы. Кинетика образования этих ионов была также определена.

Для цитирования:

Извекова А.А., Соколова П.О., Квиткова Е.Ю., Рыбкин В.В., Гущин А.А. Разложение диклофенака в водном растворе в плазме диэлектрического барьерного разряда. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 5. С. 44-53. DOI: 10.6060/ivkkt.20266905.7070.

Литература

Ivshina I.B. Pharmaceuticals in the environment: Current state of research and overcoming collective problems. Russ. J. Ecol. 2025. V. 56. N 4. P. 265-289. DOI: 10.1134/ S1067413625600910.

Waleng N.J., Nomngongo P.N. Occurrence of pharma-ceuticals in the environmental waters: African and Asian perspectives. Environ. Chem. Ecotoxicol. 2022. V. 4. P. 50-66. DOI: 10.1016/j.enceco.2021.11.002.

Hejna M., Kapuścińska D., Aksmann A. Pharmaceuticals in the aquatic environment: A review on eco-toxicology and the remediation potential of algae. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022. V. 19. N 13. P. 7717. DOI: 10.3390/ijerph19137717.

Ashiwaju B.I., Uzougbo C.G., Orikpete O.F. Environ-mental impact of pharmaceuticals: A comprehensive re-view. Matrix Sci. Pharma. 2023. V. 7. N 3. P. 85-94. DOI: 10.4103/mtsp.mtsp_15_23.

Wilkinson J.L., Boxall A.B., Kolpin D.W., Leung K.M., Lai R.W., Galbán-Malagón C., Teta C. Pharmaceutical pollution of the world’s rivers. Proc. Nat. Acad. Sci. 2022. V. 119. N 8. P. e2113947119. DOI: 10.1073/pnas.2113947119.

Ortúzar M., Esterhuizen M., Olicón-Hernández D.R., González-López J., Aranda E. Pharmaceutical pollution in aquatic environments: a concise review of environ-mental impacts and bioremediation systems. Front. Microbiol. 2022. V. 13. P. 869332. DOI: 10.3389/fmicb.2022.869332.

Petrukhina A.N., Larionov E.A., Larionova V.M. Medicines as potential pollutants of the aquatic environment. Mezd. Zhurn. Gumat. Estestv. Nauk. 2023. V.12-3. N 87. P. 16-19 (in Russian). DOI: 10.24412/2500-1000-2023-12-3-16-19.

Santos J.L., Aparicio I., Alonso E. Occurrence and risk assessment of pharmaceutically active compounds in wastewater treatment plants. А case study: Seville city (Spain). Environ. Int. 2007. V. 33. P. 596–601. DOI: 10.1016/j.envint.2006. 09.014.

Prozherina Yu. Pharmaceutical waste as a new environ-mental problem. Remedium. Zhurn. Ross. Rynke Lekarstv Med. Tekh. 2017. V. 11. P. 14-19 (in Russian). DOI: 10.21518/1561-5936-2017-11-14-19.

González-Alonso S., Merino L.M., Esteban S., López de Alda M., Barceló D., Durán J.J. Occurrence of pharma-ceutical, recreational and psychotropic drug residues in surface water on the northern Antarctic Peninsula region. Environ. Pollut. 2017. V. 229. P. 241–254. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.05.060.

Ternes T.A. Occurrence of drugs in German sewage treatment plants and rivers. Water Res. 1998. V. 32. N 11. P. 3245-3260. DOI: 10.1016/S0043-1354(98)00099-2.

Subedi B., Loganathan B. Environmental emission of pharmaceuticals from wastewater treatment plants in the USA. Persistent Organic Chemicals in the Environment: Status and Trends in the Pacific Basin Countries. II Temporal Trends. ACS Symp. Ser. 2016. P. 181-202. DOI: 10.1021/bk-2016-1244.ch008.

Chaber-Jarlachowicz P., Gworek B., Kalinowski R. Removal efficiency of pharmaceuticals during the wastewater treatment process: Emission and environmental risk assessment. Plos Оne. 2025. V. 20. N 9. P. e0331211. DOI: 10.1371/journal.pone.0331211.

Ulvi A., Aydın S., Aydın M.E. Fate of selected pharma-ceuticals in hospital and municipal wastewater effluent: occurrence, removal, and environmental risk assessment. Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. V. 29. P. 75609–75625. DOI: 10.1007/s11356-022-21131-y.

Patel M., Kumar R., Kishor K., Mlsna T., Pittman Jr C.U., Mohan D. Pharmaceuticals of emerging concern in aquatic systems: chemistry, occurrence, effects, and removal methods. Chem. Rev. 2019. V. 119. N 6. P. 3510-3673. DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00299.

Morin-Crini N., Lichtfouse E., Fourmentin M., Ribeiro A.R.L., Noutsopoulos C., Mapelli F., Crini G. Removal of emerging contaminants from wastewater using ad-vanced treatments. A review. Environ. Chem. Lett. 2022. V. 20. N 2. P. 1333-1375. DOI: 10.1007/s10311-021-01379-5.

Wang Y., Song J., Zhu R., Peng M., Long J., Bao T. Degradation of pharmaceutical contaminants in wastewater by non-thermal plasma technology: A com-prehensive. Review. J. Environ. Chem. Eng. 2025. V. 13. N 3. P. 116150. DOI: 10.1016/j.jece.2025.116150.

Ignatiev A.A., Ivanov A.N., Shutov D.A., RybkinV.V. Kinetics of decomposition of para-chloroaniline in aqueous solution under the influence of atmospheric pressure dc discharge in air. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N7. P. 96-101. DOI: 10.6060/ivkkt.20256807.7216.

Klipov N.V., Kvitkova E.Yu., Izvekova T.V., Gusev G.I., Le Thi Mai Huong, Gordina N.E., Gushchin A.A. Oxidation of supertoxicants in a dielectric barrier discharge in the presence of ferrates. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 9. P. 126-133. (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7273.

Massima Mouele E.S., Tijani J.O., Badmus K.O., Pereao O., Babajide O., Zhang C., Petrik L.F. Removal of pharmaceutical residues from water and wastewater using dielectric barrier discharge methods. A review. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2021. V. 18. N 4. P. 1683. DOI: 10.3390/ijerph18041683.

Mercado-Cabrera A., Jaramillo-Sierra B., Peña-Eguiluz R., Rodríguez-Méndez B. G., López-Callejas R., Valencia-Alvarado R. Thin film water non-thermal plasma reactor for acetaminophen analgesic oxidation. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2025. V. 22. N 3. P. 1357-1368. DOI: 10.1007/s13762-024-05698-2.

Ignatiev A.A., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Kvitkova E.Yu., Izvekova A.A., Rybkin V.V. Kinetics of Parace-tamol Degradation in Aqueous Solution by the Action of Dielectric Barrier Discharge in Oxygen. High Energy Chem. 2023. V. 57. N 6. P. 522-526. DOI: 10.1134/S0018143923060048.

Ren J., Song H., Guo H., Yao Z., Wei Q., Jiao K., Zhen Y. Removal of chloramphenicol in water by an improved water falling film dielectric barrier discharge reactor: Performance, mechanism, degradation pathway and toxicity evaluation. J. Clean. Prod. 2021. V. 325. P. 129332. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.129332.

Izvekova A.A., Kvitkova E.Yu., Khudyakova A.Yu., Rybkin V.V., Gushchin A.A. Plasma-Chemical Destruction of Chloramphenicol in Aqueous Solutions Using Dielectric Barrier Discharge. J. Environ. Eng. 2025. V. 151. N 11. P. 04025067. DOI: 10.1061/joeedu.eeeng-8194.

Izvekova A.A., Gushchin A.A., Ivanova P.A., Kvitkova E.Yu., Ignatiev A.A., Rybkin V.V. Kinetics of Ibuprofen Degradation in Aqueous Solution by the Action of Dielectric-Barrier Discharge in Oxygen. High Energy Chem. 2024. V. 58. N 1. P. 153-157. DOI: 10.1134/S0018143924010077.

Tang S., Yuan D., Rao Y., Zhang J., Qu Y., Gu J. Evaluation of antibiotic oxytetracycline removal in water us-ing a gas phase dielectric barrier discharge plasma. J. Environ. Manag. 2018. V. 226. P. 22-29. DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.08.022.

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.

Ministry of Health of the Russian Federation. Sodium diclofenac. Pharmacopoeial article. FS.2.1.0094. (in Rus-sian).

Lurie Y.Y. Analytical Chemistry of Industrial Waste Waters. M.: Khimiya. 1984. (in Russian).

PND F 14.1:2:4.120-96 Methodology for measuring mass concentrations of formaldehyde in samples of natural, drinking and waste water using the Fluorat-02 analyzer. (in Russian).

RD 52.24.361-2008. (Regulatory document) "Mass Concentration of Chlorides in Waters. Methodology for Per-forming Measurements by a Potentiometric Method with an Ion-Selective Electrode," State Institution "Hydro-chemical Institute," Rostov-on-Don, 2008. (in Russian).

PND F 14.1:2:4.111-97 Quantitative Chemical Analysis of Water. Methodology for Measuring the Mass Concen-tration of Chloride Ions in Drinking, Natural (Surface and Groundwater), and Wastewater Samples Using the Mercurimetric Method. Federal State Institution "FCAO", Mos-cow, 2020. (in Russian).

RD 52.24.367-2010. Mass Concentration of Nitrates in Waters. Methodology for Performing Measurements by a Potentiometric Method with an Ion-Selective Electrode, State Institution "Hydrochemical Institute", Rostov-on-Don, 2010; "Methodology for Measuring Nitrite Ion Content in Meat Products, as well as Brines and Curing Mixtures by a Potentiometric Method Using an ELIT-071 Nitrite-Selective Electrode." GNMC "VNIIFTRI" of the State Standard of the Russian Federation, 2000. (in Russian).

PND F 14.1:2:4.262-10. Quantitative Chemical Analysis of Water. Methodology for Measuring the Mass Concentration of Ammonium Ions in Drinking, Surface (Including Sea), and Wastewater Using the Photometric Method with the Nessler Reagent. Federal State Institution "FCAO", Moscow, 2010. (in Russian).

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 pho-tometric method using the Fluorat-02 liquid analyzer / Moscow, 2012. 24 p. (in Russian).

Gushchin A., Grinevich V., Kvitkova E., Chugunov,R., Izvekova T., Kruchinina N, Emzhina V., Ivantsova N., Rybkin V. Reducing the Toxicity of Tetracycline Solu-tions and the Kinetics of Decomposition under the Action of DBD in Oxygen. Plasma Med. 2019. V. 9. N 2. P. 101 – 110. DOI: 10.1615/PlasmaMed.2019031459.

Rong S., Sun Y., Zhao Z., Wang H. Dielectric barrier discharge induced degradation of diclofenac in aqueous solution. Water Sci. Technol. 2014. V. 69. N 1. P. 76-83. DOI: 10.2166/wst.2013.554.

Dobrin D., Bradu C., Magureanu M., Mandache N.B., Parvulescu V.I. Degradation of diclofenac in water using a pulsed corona discharge. Chem. Eng. J. 2013. V. 234. P. 389-396. DOI: 10.1016/j.cej.2013.08.114.

Опубликован
2026-03-23
Как цитировать
Izvekova, A. A., Sokolova, P. O., Kvitkova, E. Y., Rybkin, V. V., & Gushchin, A. A. (2026). РАЗЛОЖЕНИЕ ДИКЛОФЕНАКА В ВОДНОМ РАСТВОРЕ В ПЛАЗМЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 69(5), 44-53. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20266905.7070
Раздел
ХИМИЯ неорганич., органич., аналитич., физич., коллоидная, высокомол. соединений

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 3 > >>