XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

В настоящее время развитие технологии водоподготовки с целью энергосбережения идет в направлении широкого применения мембранных методов разделения компонентов водных систем и каталитического окисления загрязнителей воды. Создание водоочистных методов, сочетающих применение мембран и катализа, является логичным развитием этих технологий.

Мембранные процессы – это процессы разделения смесей на компоненты посредством перегородок с избирательной проницаемостью – разделительных полупроницаемых мембран, пропускающих одно вещество и задерживающих другое. «Тангенциальная» схема движения воды в аппарате способствует самоочищению мембраны. При этом отводят воду с обеих сторон полупроницаемой перегородки: одна часть проходит через мембрану и образует фильтрат, то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль её поверхности, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Это часть потока называется концентратом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо возвращают в рецикл, либо отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов.

Мембранный каталитический процесс подразумевает под собой совмещение процесса химической переработки сырья, который протекает на поверхности мембраны с нанесённым на нее катализатором (или сама мембрана является катализатором), и разделение продуктов реакции. Мембраны позволяют сконцентрировать загрязнители воды, а катализаторы ускорить их окисление или восстановление.

Целью исследования является поиск новых эффективных катализаторов окисления органических соединений в сточных водах химических и нефтехимических производств, в частности проведение каталитической реакции окисления кислородом воздуха фенола в присутствии катализаторов Гудри и алюмоплатинового при атмосферном давлении, комнатной (20-25°C) и повышенной (90-95°C) температурах. Процесс каталитического окисления кислородом воздуха молекулы органического соединения должен протекать с образованием продуктов полного окисления CO₂ и H₂O.

Реактором выступала плоскодонная колба, в которую помещался раствор фенола концентрацией 0,1 г/дм³, загружался катализатор, а окислитель (воздух) подавался лабораторным компрессором «Хроматэк». Для исследования процесса окисления использовались качественные и количественные методы анализа.

Качественным методом была выбрана реакция определения фенола хлоридом железа, в результате которой образовывался окрашенный комплекс трихлоридфенолята железа (III) серо-фиолетового цвета. По результатам анализа процесса окисления в присутствии катализатора Гудри интенсивность серо-фиолетовой окраски растворов при повышенных температурах снизилась, что говорит о уменьшении концентрации фенола в пробах. При нормальных условиях проведения процесса изменений не наблюдалось. В присутствии алюмоплатинового катализатора наблюдался схожий, но менее выраженный эффект.

Количественный метод анализа содержания фенола в воде проводился на спектрофотометре ЮНИКО 1201. Задачей спектрофотометрического анализа являлось определение концентрации исследуемого вещества в растворе измерением его оптической плотности. Были приготовлены стандартные растворы в пределах концентраций от 0,001 г/дм³ до исходной 0,1 г/дм³, измерена оптическая плотность, после чего построен калибровочный график, позволяющий количественно определить изменение содержания фенола в воде после процесса окисления. Результаты спектрофотометрического анализа окисленных проб приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты количественного метода анализа

Таким образом, обнаружено, что процесс окисления раствора фенола исходной концентрации 0,1 г/дм³ в присутствии катализатора Гудри и алюмоплатинового прошел недостаточно эффективно при нормальных температурах и чуть лучше при повышенных температурах, причем с катализатором Гудри фенол окислился в большей степени.

Для интенсификации процесса окисления фенола в водах следует изучить процесс очистки в парофазной среде при более высоких температурах, поскольку парофазная каталитическая очистка сточных вод является освоенным промышленным методом и успешно реализуется рядом предприятий.

Список использованной литературы

1. Баландина А. Г. Развитие мембранных технологий и возможность их применения для очистки сточных вод предприятий химии и нефтехимии / А.Г. Баландина, Р.И. Хангильдин, И.Г.Ибрагимов, В. А. Мартяшева // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – 2015. – №5. – С. 336 – 375.

2. Баландина А. Г. Каталитические процессы очистки трудноокисляемых сточных вод и их аппаратурное оформление / А.Г. Баландина, Р.И. Хангильдин,
В.А. Мартяшева // Башкирский химический журнал.– 2015. – Том 22. – №3.– С. 31 – 40.

3. Зенцов В.Н. Мембранный катализ в водочистке / В.Н. Зенцов, Ю.Ф. Абдрахманова, Ю.С. Райзер // Башкирский химический журнал. – 2009. – Том 16. – №4. – С. 178 – 183.

4. Крешков А.П. Основы аналитической химии: в 3 т. Т 1 / А.П Крешков. – М.: Изд. «Химия», 1970 г. – 472 с.