ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ 2,4-ДИХЛОРОФЕНОЛ, В ПЛАЗМЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА

  • Grigory I. Gusev Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Andrey A. Gushchin Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Vladimir I. Grinevich Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Tatyana V. Izvekova Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Alexander V. Sharonov Ивановский государственный химико-технологический университет
  • Vladimir V. Rybkin Ивановский государственный химико-технологический университет
Ключевые слова: 2,4-дихлорфенол, диэлектрический барьерный разряд, плазма, кислород, очистка

Аннотация

В работе были исследованы процессы деструкции водных растворов 2,4-дихлор-фенола в диэлектрическом барьерном разряде атмосферного давления в среде кислорода. Экспериментально показано, что 2,4-дихлорфенол разрушается в плазме достаточно эффективно (степень деструкции достигает 80 %), что подтверждает раннее проведенные исследования по разложению в плазме диэлектрического барьерного разряда различных органических поллютантов. В работе были оценены кинетические параметры и определены основные промежуточные и конечные продукты процесса разложения 2,4-дихлорфенола под действием активных частиц плазмы. Деструкции исходного соединения описываются кинетическим уравнением первого порядка. Эффективная константа скорости слабо зависит от условий эксперимента и составляет 0,56 с-1. Состав продуктов деструкции был изучен методом газовой хроматографии, а также флуоресцентным, спектрофотометрическим и потенциометрическим методом. В качестве конечных продуктов деструкции выявлены Cl- в жидкой фазе, а также СО и СО2 в газовой фазе, а промежуточными продуктами деструкции являются карбоновые кислоты и альдегиды, но их концентрации не велики относительно СО и СО2. Молекулярный хлор в газовой фазе не обнаружен. Установлено, что озон не вносит существенного вклада в процесс окислительной деструкции 2,4-ди-хлорфенола, т.е. в процессе окисления основную роль играют другие активные частицы плазмы, например, гидроксильные радикалы и атомарный кислород. Увеличение частоты тока разряда с 50 до 800 Гц, а также отсутствие гидрофобного покрытия внутреннего электрода приводит к уменьшению скорости разложения в 1,7 раза (с 227 до 135 мкмоль/(л.с)).

Литература

Hoseini S.N., Pirzaman A.K., Aroon M.A., Pirbazari A.E. Photocatalytic degradation of 2, 4-dichlorophenol by Co-doped TiO2 (Co/TiO2) nanoparticles and Co/TiO2 containing mixed matrix membranes. J. Water Process Eng. 2017. V. 17. P. 124-134. DOI: 10.1016/j.jwpe.2017.02.015.

Bilgin Simsek E., Aytas B., Duranoglu D., Beker U., Trochimczuk A.W. A comparative study of 2-chlorophenol, 2,4-dichlorophenol, and 2,4,6-trichlorophenol adsorption onto polymeric, commercial, and carbonaceous adsorbents. Desalin.Water Treat. 2016. V. 57. N 21. P. 9940-9956. DOI: 10.1080/19443994.2015.1033478.

Leong S., Razmjou A., Wang K., Hapgood K., Zhang X., Wang H. TiO2 based photocatalytic membranes: A re-view. J. Membr. Sci. 2014. V. 472. P. 167-184. DOI: 10.1016/j.memsci. 2014.08.016.

Jiang G., Lan M., Zhang Z., Lv X., Lou Z., Xu X., Dong F., Zhang S. Identification of active hydrogen species on palladium nanoparticles for an enhanced electrocatalytic hydrodechlorination of 2, 4-dichlorophenol in water. Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51. N 13. P. 7599-7605. DOI: 10.1021/acs.est. 7b01128.

Hallaj T., Amjadi M. Determination of 2, 4-dichlorophenol in water samples using a chemiluminescence system consisting of graphene quantum dots, rhodamine B and cerium (IV) ion. Microchim. Acta. 2016. V. 183. N 3. P. 1219-1225. DOI: 10.1007/s00604-016-1749-z.

Xiao B., Cui L.-Q., Ding C., Wang H. Effects of lithium and 2, 4-dichlorophenol on zebrafish: circadian rhythm disorder and molecular effects. Zebrafish. 2017. V. 14. N 3. P. 209-215. DOI: 10.1089/zeb.2016.1389.

Wang Y., Zhang J.-X., Ren H.-J., Wang Y., Pan H.-Y., Zhang L.-Y. Phytoremediation potentiality of garlic roots for 2,4-dichlorophenol removal from aqueous solutions. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015. V. 99. N 8. P. 3629-3637. DOI: 10.1007/s00253-014-6277-3.

Ormad M., Ovelleiro J., Kiwi J. Photocatalytic degradation of concentrated solutions of 2, 4-dichlorophenol using low energy light: identification of intermediates. Appl. Catal. B: Environmental. 2001. V. 32. N 3. P. 157-166. DOI: 10.1016/S0926-3373(01)00132-1.

Gu L., Chen Z., Sun C., Wei B., Yu X. Photocatalytic degradation of 2,4-dichlorophenol using granular activated carbon supported TiO2. Desalination. 2010. V. 263. N 1-3. P. 107-112. DOI: 10.1016/j.desal.2010.06.045.

Angelini V.A., Agostini E., Medina M.I., González P.S. Use of hairy roots extracts for 2, 4-DCP removal and tox-icity evaluation by Lactuca sativa test. Environ. Sci. Pollut. Res. 2014. V. 21. N 4. P. 2531-2539. DOI: 10.1007/s11356-013-2172-1.

Buchanan I.D., Nicell J.A. Model development for horseradish peroxidase catalyzed removal of aqueous phenol. Biotechnol. Bioeng. 1997. V. 54. N 3. P. 251-261. DOI: 10.1002/(SICI)1097-0290(19970505)54:3<251: AID-BIT6>3.0.CO;2-E.

Eapen S., Singh S., D'souza S. Advances in development of transgenic plants for remediation of xenobiotic pollutants. Biotechnol. Adv. 2007. V. 25. N 5. P. 442-451. DOI: 10.1016/ j.biotechadv.2007.05.001.

Busca G., Berardinelli S., Resini C., Arrighi L. Technologies for the removal of phenol from fluid streams: a short review of recent developments. J. Hazard. Mater. 2008. V. 160. N 2-3. P. 265-288. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2008.03.045.

Li S., Ma X., Liu L., Cao X. Degradation of 2,4-dichloro-phenol in wastewater by low temperature plasma coupled with TiO2 photocatalysis. RSC Adv. 2015. V. 5. N 3. P. 1902-1909. DOI: 10.1039/C4RA10797G.

Lee H.-C., In J.-H., Kim J.-H., Hwang K.-Y., Lee C.-H. Kinetic analysis for decomposition of 2,4-dichlorophenol by supercritical water oxidation. Korean J. Chem. Eng. 2005. V. 22. N 6. P. 882-888. DOI: 10.1007/BF02705669.

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 dielectric barrier discharge in oxygen. Plasma Chem. Plasma Process. 2018. V. 38. N 1. P. 123-134. DOI: 10.1007/s11090-017-9857-z.

Lu N., Li J., Wang X., Wang T., Wu Y. Application of double-dielectric barrier discharge plasma for removal of pentachlorophenol from wastewater coupling with activated carbon adsorption and simultaneous regeneration. Plasma Chem. Plasma Process. 2012. V. 32. N 1. P. 109-121. DOI: 10.1007/s11090-011-9328-x.

Du C.M., Yan J., Cheron B. Degradation of 4-chlorophenol using a gas–liquid gliding arc discharge plasma reactor. Plasma Chem. Plasma Process. 2007. V. 27. N 5. P. 635-646. DOI: 10.1007/s11090-007-9092-0.

Yang H., Tezuka M. Plasma-induced decomposition of dichlorophenols and trichlorophenols in water by means of anodic contact glow discharge electrolysis. Plasma Chem. Plasma Process. 2013. V. 33. N 6. P. 1043-1052. DOI: 10.1007/s11090-013-9481-5.

Gushchin A.A., Grinevich V.I., Izvekova T.V., Kvitkova E.Y., Tyukanova K.A., Rybkin V.V. The destruction of carbon tetrachloride dissolved in water in a dielectric barrier discharge in oxygen. Plasma Chem. Plasma Process. 2019. V. 39. P. 461–473. DOI: 10.1007/s11090-019-09958-9.

Gushchin A.A., Grinevich V.I., Gusev G.I., Kvitkova E.Y., Rybkin, V.V. Removal of oil products from water using a combined process of sorption and plasma exposure to DBD. Plasma Chem. Plasma Process. 2018. V. 5. P. 1021-1033. DOI: 10.1007/s11090-018-9912-4.

Bobkova E.S., Isakina A.A., Grinevich V.I., Rybkin V.V. Decomposition of aqueous solution of acetic acid under the action of atmospheric-pressure dielectric barrier discharge in oxyge. Russ. J. Appl. Chem. 2012. V. 85. N 1. P. 71-75. DOI: 10.1134/S1070427212010144.

Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Osti A.A., Izvekova T.V., Kvitkova E.Yu. Regeneration of natural sorbents contaminated with oil products in dielectric barrier discharge plasma. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 6. P. 72-76 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017606.5521.

Bobkova E.S., Grinevich V.I., Kvitkova E.Yu., Rybkin V.V. Destruction of formaldehyde and acetone dissolved in water in atmospheric pressure barrier discharge in oxygen. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 8. P. 55-58 (in Russian).

Bird R.B., Stewart, W.E., Lightfoot E.N. Transport Phe-nomena. New York: John Wiley&Sons. 2002. 895 p.

GOST R 51209-98. Drinking water. Method for determining the content of organochlorine pesticides by gas-liquid chromatography. Ministry of Health of Russia. 1998 (in Russian).

Lurie Yu.Yu. Analytical chemistry of industrial wastewater. M.: Khimiya. 1984. 448 p. (in Russian).

PND F 14.1: 2: 4.187-02. The method of measuring the mass concentration of formaldehyde in samples of natural, drinking, and wastewater by the fluorimetric method on a Fluorat-02 fluid analyzer // Lumex LLC. 2002 (in Russian).

UOP 603-13. Analysis of Trace CO and CO2 in bulk H2 and Light Gaseous Hydrocarbons by GC. AC Analytical Controls. 2013.

Bobkova E., Khodor Y., Kornilova O., Rybkin V. Chemical 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.

Bobkova E.S., Grinevich V.I., Ivantsova N.A., Isakina A.N., Kvitkova E.Yu., Rybkin V.V. Comparative study of the kinetics of the decomposition of phenol and some surfactants in aqueous solutions in an atmospheric pressure dielectric barrier discharge in oxygen. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 4. P. 110-114 (in Russian).

Grinevich V.I., Rybkin V.V., Lyubimov V.A., Gushchin A.A. Destruction of oil hydrocarbons in water solutions with oxygen dielectric barrier discharge of atmospheric pressure. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2017. V. 60. N 8. P. 20-27. DOI: 10.6060/tcct.2017608.5597.

Xu X. Dielectric barrier discharge properties and applications. Thin Solid Films. 2001. V. 390. N 1-2. P. 237-242.

Опубликован
2020-05-22
Как цитировать
Gusev, G. I., Gushchin, A. A., Grinevich, V. I., Izvekova, T. V., Sharonov, A. V., & Rybkin, V. V. (2020). ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ 2,4-ДИХЛОРОФЕНОЛ, В ПЛАЗМЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 63(7), 88-94. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206307.6182
Раздел
Экологические проблемы химии и химической технологии

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)