Окислительная деструкция фенолов в системе фенол - H2O2 - H2O - бентонит

Механизмы окислительной конверсии фенолов в водных объектах, источники поступления загрязнителей и очистка природной среды. Природа адсорбционной и каталитической активности бентонитов. Хроматографическое разделение и количественное определение фенолов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки Украины

Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

Химический факультет

Кафедра физической и аналитической химии

фенол адсорбционный бетонит хроматографический

Дипломная работа

на соискание квалификационного уровня "магистр"

по специальности 7.070301 - химия

Научный руководитель:

Ассистент кафедры физической

и аналитической химии

О.В. Вяткина

К защите допускаю

Заведующий кафедрой физической

и аналитической химии,

доктор химических наук, профессор

В.И. Гришковец

Симферополь, 2006

Сведения о дипломной работе

Дипломная работа "Окислительная деструкция фенолов в системе фенол - H₂O₂ - H₂O - бентонит" изложена на 55 страницах машинописного текста; иллюстрирована 4 таблицами и 16 рисунками. Список литературных источников, упоминаемых в тексте, включает 36 работ.

Экспериментальная часть работы выполнена в лаборатории кафедры физической и аналитической химии ТНУ в 2004 - 2006 г. в плане НИР кафедры физической и аналитической химии химического факультета ТНУ.

Исследовано 2 систем, выполнено 12 анализов.

Введение

1. Механизмы конверсии фенолов в водных объектах

1.1 Источники поступления фенолов в природные воды

1.2 Окислительная конверсия фенолов в природных водах

1.3 Методы очистки водных систем от фенолов

1.3.1 Очистка сточных вод

1.3.2 Механизмы самоочищения природных водоёмов

1.3.3 Применение бентонитов в системах водоочистки

1.3.3.1 Структура бентонита

1.3.3.2 Природа адсорбционной и каталитической активности бентонитов

1.4 Параметры контроля качества очистки водных систем

2. Материал и методика работы

2.1 Объект исследования

2.2 Методы исследования

2.2.1 Хроматографическое разделение и количественное определение фенолов

2.2.2 Определение фенолов в природных водах при очень малых концентрациях

2.2.3 Метод бихроматной окисляемости (ХПК)

2.2.4 Определение ионов Mn²⁺,Cu²⁺, Fe³⁺ в природной воде

2.2.5 Определение сухого остатка

2.2.6 Изучение кинетики изменения рН и Eh окислительных систем

2.2.7 Статистическая обработка результатов анализа

2.2.8 Правила безопасной работы с органическими растворителями

2.2.9 Основные правила безопасной работы с компьютером

3. Обсуждение результатов

Выводы

Список литературы

Приложения

Введение

Глобальный характер человеческой деятельности по развитию индустрии, агропромышленного комплекса, транспорта ставит экологические проблемы в ряд наиболее актуальных. Среди антропогенных воздействий наиболее существенную роль играет загрязнение природных вод неочищенными стоками промышленного и сельскохозяйственного производства.

Фенолы являются сырьем для различных отраслей промышленности. Это обусловливает присутствие фенолов и продуктов их превращений в природных водоемах, куда они попадают с бытовыми и производственными сточными водами [1]. Кроме того, для фенолов характерна высокая химическая активность в природных средах, что значительно увеличивает количество химических соединений и токсичных продуктов их превращений [2].

Кинетика превращений этих соединений в природных водах мало изучена, поскольку экспериментально сложно учесть суммарный эффект деструктивно-окислительных реакций с образованием окисленных форм фенолов в воде.

В большинстве фундаментальных исследований по данной проблеме рассматриваются модельные системы, состоящие из воды и основной примеси - фенолов; при этом всей совокупности сопутствующих веществ не уделяется достаточного внимания.

К рассмотрению проблемы, как правило, привлекают реакции молекулярного кислорода и гидроксильного радикала ОН в гомогенной среде, источниками, которых может быть, в том числе и пероксид водорода.

Кроме того, во многих схемах не учитывается влияние ионов металлов переменной валентности и гетерогенных процессов, протекающих на границе грунт - вода, компонентный состав радикалов окислителей и скорость окисления.

Поэтому, задачей исследования являлось изучение кинетики превращения фенолов в природных водоемах в условиях повышенной минерализации на базе деструктивно-окислительных процессов с участием H₂O₂ с учетом гетерогенных процессов на границе грунт вода.

Также интерес представляло сравнение кинетических параметров процессов окисления фенолов в гомогенных и гетерогенных системах с природной и дистиллированной водой.

1. Механизмы конверсии фенолов в водных объектах

1.1 Источники поступления фенолов в природные воды

На протяжении более чем тридцати лет проблема накопления фенолов в природных водоемах актуальна. Фенолы являются сырьем как для производства синтетических смол и пластиков, так и для синтеза азокрасителей, гербицидов [3]. Это обусловливает присутствие фенолов и продуктов их превращений в природных водоемах, куда они попадают с бытовыми и производственными сточными водами: пирогенного разложения топлива и горючих сланцев, анилино- красочных, химико- фармацевтических заводов, производств пластических масс, и многих других.

В сточных водах промышленных предприятий содержание фенолов может превосходить 5--10 г/л при весьма разнообразных сочетаниях, притом, что предельно допустимая концентрация фенолов в питьевой воде и воде рыбохозяйственных водоемов составляет 1 мкг/л [4].

Вода водоема приобретает окраску, специфический запах карболки, покрывается флуоресцирующей пленкой, мешающей естественному течению биологических процессов в водоеме [5].

При концентрациях 75 мг/л фенол тормозит процесс биологический очистки в водоеме, при концентрации 0,01--0,1 мг/л в мясе рыб появляется неприятный привкус; неприятный вкус и запах воды исчезают только при разбавлении фенола до концентрации 0,11 мг/л [4].

В токсикологическом и органолептическом отношении фенолы неравноценны. Летучие с паром фенолы более токсичны и обладают более интенсивным запахом при хлорировании. Наиболее резкие запахи дают простой фенол и крезолы.

В водоемах ПДК_в для фенола установлена ПДК_вр -- 0,001 мг/л (лимитирующий показатель вредности -- рыбохозяйственный)[1].

1.2 Окислительная конверсия фенолов в водных системах

В поверхностных водах фенолы могут находиться в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолят-ионов и свободных фенолов.

Фенолы в водах могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В условиях природных водоемов процессы адсорбции фенолов донными отложениями и взвесями играют незначительную роль.

В результате хлорирования воды, содержащей фенолы, образуются устойчивые соединения хлорфенолов, малейшие следы которых (0,1 мкг/дм³) придают воде характерный привкус и запах [6].

Фенолы химически нестойки, и подвергаются в водной среде активному распаду. Процесс самоочищения воды от фенолов протекает по пути биохимического окисления под влиянием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами, также возможно химическое окисление.

Простые фенолы подвержены главным образом биохимическому окислению. При концентрации более 1 мг/л разрушение фенолов протекает достаточно быстро, убыль фенолов составляет 50-75% за трое суток, при концентрации несколько десятков микрограммов в 1 литре этот процесс замедляется, и убыль за то же время составляет 10-15%.

Быстрее всех разрушается собственно фенол, медленнее крезолы, еще медленнее ксиленолы. Многоатомные фенолы разрушаются в основном путем химического окисления [7].

Наличие нефтяного загрязнения замедляет распад фенолов, так как биодеградация нефтяных углеводородов образует собственные фенолы, увеличивая общую картину загрязнений.

Концентрация фенолов в поверхностных водах подвержена сезонным изменениям. В летний период содержание фенолов падает (с ростом температуры увеличивается скорость распада).

Процесс самоочищения водоемов от фенола протекает относительно медленно и его следы могут уноситься течением реки на большие расстояния, поэтому до сброса фенолсодержащие стоки подвергают достаточной очистке [8].

Более эффективна окислительная деструкция фенолов в различных каталитических системах, в которых на начальных этапах, как и при аутоокислении, образуются радикалы. Однако в этом случае дальнейшие механизмы реакций очевидно имеют ряд существенных отли...