Фотохимическое окисление двухатомных фенолов в водных растворах с применением персульфата

Аннотация

Двухатомные фенолы являются высокотоксичными экотоксикантами. Вследствие их высокой частоты обнаружения и потенциального риска для водной среды и здоровья человека особое внимание уделяется методам их удаления. Высокоинтенсивные окислительные процессы могут выступать эффективными методами удаления фенолов из водной среды за счет образования свободных радикалов. Представлены кинетические закономерности фотоокисления резорцина, пирокатехина и гидрохинона при одновременном воздействии ультрафиолетового излучения и пероксодисульфата. На примере фотодеструкции двухатомных фенолов установлено, что дополнительное введение сильного окислителя --- пероксодисульфата --- приводит к возникновению сопряженного механизма радикально-цепных реакций. Это обусловливает образование синергетического механизма. Определено, что эффективность фотоокисления двухатомных фенолов достигает 99,9 %. Рассчитаны время полного фотоокисления и константы скорости деструкции пирокатехина, резорцина и гидрохинона при синергетическом воздействии (ультрафиолетовое излучение / пероксодисульфат) при различных микродозах пероксодисульфата. Введение в систему пероксодисульфата наиболее эффективно влияет на степень и глубину фотодеструкции водных растворов пирокатехина, резорцина и гидрохинона. Полученные кинетические данные, характеризующие процессы фотохимической деструкции фенолов, могут быть использованы для выбора основных критериев при масштабировании процесса в пилотных испытаниях

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Каратаева П.Р., Иванцова Н.А., Дубровина В.Н. Фотохимическое окисление двухатомных фенолов в водных растворах с применением персульфата. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 5 (110), с. 122--136. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-5-122-136

Литература

[1] Oueslati K., Sakly A., Lima E.C., et al. Statistical physics modeling of the removal of Resorcinol from aqueous effluents by activated carbon from avocado seeds. J. Mol. Liq., 2022, vol. 360, art. 119386. DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119386

[2] Murillo-Acevedo Y.S., Giraldo L., Poon P.S., et al. The Cramer’s rule for the parametrization of phenol and its hydroxylated byproducts: UV spectroscopy vs. high performance liquid chromatography. Environ. Sci. Pollut. Res., 2021, vol. 28, no. 6, pp. 6746--6757. DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-020-10897-8

[3] Chen X., Hu X., Lu Q., et al. Study on the differences in sludge toxicity and microbial community structure caused by catechol, resorcinol and hydroquinone with metagenomic analysis. J. Environ. Manage., 2022, vol. 302, part A, art. 114027. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114027

[4] Li Y., Li Y., Jin B., et al. Effects of 2,4,6-trichlorophenol and its intermediates on acute toxicity of sludge from wastewater treatment and functional gene expression. Bioresour. Technol., 2021, vol. 323, art. 124627. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124627

[5] Matafonova G., Batoev V. Recent advances in application of UV light-emitting diodes for degrading organic pollutants in water through advanced oxidation processes: a review. Water Res., 2018, vol. 132, pp. 177--189. DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.12.079

[6] Lozano I., Perez-Guzman C.J., Mora A., et al. Pharmaceuticals and personal care products in water streams: occurrence, detection, and removal by electrochemical advanced oxidation processes. Sci. Total Environ., 2022, vol. 827, art. 154348. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154348

[7] Kalinski I., Juretic D., Kusic H., et al. Structural aspects of the degradation of sulfoaromatics by the UV/H₂O₂ process. J. Photochem. Photobiol. A, 2014, vol. 293, pp. 1--11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2014.07.009

[8] Hamad D., Mehrvar M., Dhib R. Experimental study of polyvinyl alcohol degradation in aqueous solution by UV/H₂O₂ process. Polym. Degrad. Stab., 2014, vol. 103, pp. 75--82. DOI: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.02.018

[9] Zuorro A., Fidaleo M., Fidaleo M., et al. Degradation and antibiotic activity reduction of chloramphenicol in aqueous solution by UV/H₂O₂ process. J. Environ. Manag., 2014, vol. 133, pp. 302--308. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.12.012

[10] Иванцова Н.А., Паничева Д.А., Кузнецов О.Ю. Окислительная деструкция фенола в водной среде при совместном воздействии ультрафиолетового излучения и пероксида водорода. Химия высоких энергий, 2020, т. 54, № 1, с. 13--18. DOI: https://doi.org/10.31857/S0023119320010076

[11] Mahmoudi F., Saravanakumar K., Maheskumar V., et al. Application of perovskite oxides and their composites for degrading organic pollutants from wastewater using advanced oxidation processes: review of the recent progress. J. Hazard. Mater., 2022, vol. 436, art. 129074. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129074

[12] Yang Q., Ma Y., Chen F., et al. Recent advances in photo-activated sulfate radical-advanced oxidation process (SR-AOP) for refractory organic pollutants removal in water. Chem. Eng. J., 2019, vol. 378, art. 122149. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122149

[13] Mao X., Wei L., Hong S., et al. Enhanced electrochemical oxidation of phenol by introducing ferric ions and UV radiation. J. Environ. Sci., 2008, vol. 20, iss. 11, pp. 1386--1391. DOI: https://doi.org/10.1016/s1001-0742(08)62237-8

[14] Li S., Yang Y., Zheng H., et al. Advanced oxidation process based on hydroxyl and sulfate radicals to degrade refractory organic pollutants in landfill leachate. Chemosphere, 2022, vol. 297, art. 134214. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.134214

[15] Budaev S.L., Khandarkhaeva M.S., Aseev D.G., et al. Thiocyanate photodegradation in the presence of persulfates. Problemy nedropolzovaniya [Problems of Subsoil Use], 2015, no. 1, pp. 92--95 (in Russ.).

[16] Giannakis S., Lin K.-Y.A., Ghanbari F. A review of the recent advances on the treatment of industrial wastewaters by sulfate radical-based advanced oxidation processes (SR-AOPs). Chem. Eng. J., 2021, vol. 406, art. 127083. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127083

[17] Popova S.A., Matafonova G.G., Batoev V.B. Sonophotochemical oxidation of organic contaminants in aqueous solutions using persulfate. Izvestiya vuzov. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya [CHEMCHEMTECH], 2020, vol. 63, no. 10, pp. 105--109 (in Russ.). DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206310.6233

[18] Lurye Yu.Yu. Analiticheskaya khimiya promyshlennykh stochnykh vod [Analytical chemistry of industrial wastewater]. Moscow, Khimiya Publ., 1984.

[19] Nekrasova L.P., Kochetkov P.P. Transformation of phenol, resorcinol, pyrocatechol, and hydroquinone in water under exposure to low doses of UV radiation. J. Appl. Spectrosc., 2021, vol. 88, no. 4, pp. 807--815. DOI: https://doi.org/10.1007/s10812-021-01244-x