Фотоокислительная деструкция органических загрязнителей в присутствии Fe-содержащих слоистых алюмосиликатов

ФГБОУ ВО «Бурятский государственный университет»

Кафедра неорганической и органической химии

Шадрина Олеся Андреевна

ФОТООКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ПРИСУТСТВИИ Fe -СОДЕРЖАЩИХ СЛОИСТЫХ АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Улан-Удэ

201 7 г.

Промышленные, сельскохозяйственные и коммунально-бытовые стоки

Общая классификация Фентоновских систем

Гомогенная фаза

Источники радиации

• (Fe 2+ /H 2 O 2 )
• (Fe 3+ /H 2 O 2 )

• Ультрафиолет (УФ)
• Ультразвук (УЗ)
• Импульсный электронный пучок
• Микроволновое облучение

Гетерогенная фаза

• Оксид железа /H 2 O 2
• Биметаллический оксид /H 2 O 2
• Катализатор, гомогенезированный на носителе /H 2 O 2
• Бифункциональный катализатор (FeVO 4 /H 2 O 2 )

Системы

Фентона

• Генерация · OH

Цель: изучение фотокаталитической деструкции органических загрязнителей в присутствии железосодержащих слоистых алюмосиликатов.

Задачи :

• проанализировать литературные данные по фотокаталитическому окислению органических соединений;
• получить железосодержащие материалы из природного слоистого алюмосиликата – монтмориллонита;
• определить содержание железа и удельную поверхность;
• изучить каталитические свойства материалов в фотоокислении водных растворов красителей;
• исследовать влияние физико-химических параметров на фотоокисление красителей;
• определить влияние фотоокисления на содержание TOC ;
• определить квантовый выход реакции.

Методы исследования:

• Химические методы анализа
• UV-Vis спектрофотометрия
• Низкотемпературная адсорбция азота

Химический состав глинистого минерала монтмориллонита (масс.%):

SiO 2 - 65.6, Al 2 O 3 - 15.4, Fe 2 O 3 - 2.0, FeO - 0.08, MnO ‹ 0.01, MgO - 1.42, CaO - 1.18, Na 2 O - 0.02, K 2 O - 0.06, P 2 O 5 ‹ 0.03, TiO 2 - 0.16, Н 2 О - 14.31

Схема получения Fe -М М

Содержание железа ( о -фенантролиновый метод)

Удельная поверхность определена методом низкотемпературной адсорбции азотом и равна 107 м 2 /г (№1) и 96 м 2 /г (№2).

Определение фотокаталитической активности материалов

( С 0 -С ) / C 0

Эффективность окисления красителей под действием ПВ и УФ-облучения

Структурная формула красителя «МЗ»

Полная минерализация красителя МЗ

в результате окисления пероксидом водорода:

C 25 H 30 N 3 Cl 2 + 55H 2 O 2 =

= 25CO 2 +57H 2 O+2NH 4 Cl +HNO 3

Спектры электронного поглощения раствора красителя в исходный момент времени (1), через 1 мин (2), 5 мин (3) и 120 мин (4) реакции

Изучение активности и стабильности катализаторов в условиях окисления красителя МЗ

Образец

Эфф-ть ок-ия кр.+кат.+ПВ+УФ, %

№ 1

Вымывание, %

(от общ.содерж.)

90.5

№ 2

83.3

0.12

№ 3

88.1

№ 4

0.15

85.7

0.19

0.15

Влияние содержания катализатора

1 - 0.5 г/л,

2 – 1.0 г/л,

3 –1.5 г/л

Зависимость эффективности окисления от мольного

соотношения [ПВ/МЗ]

0.5 (1),

0.75 (2),

1.0 (3),

1.25 (4),

1.5 (5),

1.75 (6)

Определение общего органического углерода ( TOC ):

в исходном растворе - 11.19 мг/л,

в реакционном растворе - 4.87 мг/л.

Уменьшение TOC за 2 часа реакции составило 56.5%.

Расчет квантового выхода реакции окисления:

Результаты актинометрических измерений

N Fe 2+ , моль

1 . 1 0 *10 - 5

I , Эйнштейн*мин -1

Ф ср , моль/Эйнштейн

2.94*10 -7

0.30

ВЫВОДЫ:

• Получено два образца железосодержащего материала с содержанием железа 40 .0 мг/г и 52.5 мг/г, с удельной поверхностью 107 м 2 /г и 96 м 2 /г.
• Показано, что самым активным и стабильным катализатором в фотоокислении красителя «Метиловый зеленый» является материал, содержащий наибольшее количество железа и обладающий наибольшей удельной поверхностью.
• Установлены оптимальное содержание катализатора и оптимальное соотношение концентраций пероксида водорода и красителя МЗ, при которых эффективность окисления составляет 100%.
• Определено содержание общего органического углерода ( TOC ) после проведения реакции окисления.
• Рассчитан квантовый выход реакции фотоокисления.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Уравнение БЭТ (Брунауэра, Эммета и Теллера)

(P/P 0 )/ a(1- P/P 0 ) = 1/a m *C + ((C-1)/a m *C)* P/P 0

A БЭТ = ώa m N A ,

где a m – емкость монослоя, выраженная в моль/г,

определяемая с помощью уравнения БЭТ,

ώ – средняя величина площадки, приходящаяся

на одну молекулу адсорбата в заполненном монослое,

N A – число Авогадро