ОКИСЛЕНИЕ СУПЕРТОКСИКАНТОВ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ В ПРИСУТСТВИИ ФЕРРАТОВ

  • Nikolay V. Klipov Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Elena Yu. Kvitkova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Tatyana V. Izvekova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Grigory I. Gusev Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Thi Mai Huong Le Вьетнамский институт атомной энергии
  • Natalia E. Gordina Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Andrey A. Gushchin Ивановский государственный химико-технологический университет
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20256809.7273
Ключевые слова: очистка воды, деструкция, токсичные соединения, ферраты, диэлектрический барьерный разряд, активные частицы, комбинированное действие

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 Envi-ronmental. German Federal Ministry for Economic Coopera-tion 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, dis-tribution and microbial degradation processes. Chemosphere. 2011. V. 83. N 10. P. 1297–1306. DOI: 10.1016/ j.chemosphere.2011.04.009.

Wei Y., Zhu J. Para-Dichlorobenzene Exposure Is Associ-ated with Thyroid Dysfunction in US Adolescents. J. Pedi-atr. 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 ex-hibit 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., Sav-vidou M.G., Sourkouni G., Argirusis C. Key points of ad-vanced oxidation processes (AOPs) for wastewater, organic pollutants and pharmaceutical waste treatment: A mini re-view. 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 treatment based on optimization perspective. Sci. Total Environ. 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 micropollu-tant 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 advanced 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 technolo-gies. 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 chemis-try, 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 dis-charges 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 Dichloro-phenol Aqueous Solutions in an Atmospheric Pressure Die-lectric 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. En-ergies. 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 identi-fication 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 determi-nation of organochlorine pesticides by gas-liquid chromatog-raphy. 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 Fluo-rat-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. Chem-ical composition of plasma of dielectric barrier discharge 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 indi-vidual NOM fractions isolated and fractionated from a fil-tered 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. Oxida-tion of ferrous ions by ozone in acidic solutions. Inorganic 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. Deg-radation of tetrabromobisphenol A by a ferrate(VI)–ozone combination process: advantages, optimization, and mecha-nistic analysis. RSC Adv. 2019. V. 9. N 71. P. 41783–41793. DOI: 10.1039/C9RA07774J.

Опубликован
2025-07-02
Как цитировать
Klipov, N., Kvitkova, E. Y., Izvekova, T. V., Gusev, G. I., Le, T. M. H., Gordina, N. E., & Gushchin, A. A. (2025). ОКИСЛЕНИЕ СУПЕРТОКСИКАНТОВ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ В ПРИСУТСТВИИ ФЕРРАТОВ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 68(9), 126-133. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20256809.7273
Выпуск
Том 68 № 9 (2025)
Раздел
Экологические проблемы химии и химической технологии

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 > >>