Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода
Исследована адсорбция и каталитические превращения фенолов в водных средах в присутствии монтмориллонита. Показано, что наряду с необратимой адсорбцией как исходных фенолов, так и продуктов их окисления адсорбция промежуточных продуктов окисления усиливает каталитические эффекты, связанные с присутс...
Saved in:
| Published in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185091 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода / О.В. Вяткина // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 44-47. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859753359092744192 |
|---|---|
| author | Вяткина, О.В. |
| author_facet | Вяткина, О.В. |
| citation_txt | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода / О.В. Вяткина // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 44-47. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Исследована адсорбция и каталитические превращения фенолов в водных средах в присутствии монтмориллонита. Показано, что наряду с необратимой адсорбцией как исходных фенолов, так и продуктов их окисления адсорбция промежуточных продуктов окисления усиливает каталитические эффекты, связанные с присутствием в природной воде ионов металлов переменной валентности в результате их активации на поверхности монтмориллонита. Объединение этих процессов увеличивает степень окисления фенолов в гетерогенных системах относительно гомогенных.
Досліджено адсорбцію і каталітичні перетворення фенолів у водних середовищах у присутності монтморилоніту. Показано, що поряд з наявністю необоротної адсорбції як вихідних фенолів, так і продуктів їх окиснення адсорбція проміжних продуктів окиснення підсилює каталітичні ефекти, зв’язані з наявністю в природній воді йонів металів перемінної валентності в результаті їх активації на поверхні монтморилоніту. Об’єднання цих процесів збільшує ступінь окиснення фенолів у гетерогенних системах відносно гомогенних.
Adsorption and catalytic transformations of phenols in aqueous media at presence of montmorillonite were investigated. It is shown, that alongside with presence of irreversible adsorption of both initial phenols, and products of their oxidation, the adsorption of intermediate products of oxidation reinforce the catalytic effects connected to the presence of metal ions of variable valence in natural water as the result of their activation on the montmorillonite surface. The integration of these processes increases oxidation state of phenols in heterogeneous systems concerning homogeneous.
|
| first_indexed | 2025-12-02T00:30:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
ние полосы четырехкоординированной меди бо-
лее вероятно в том случае, когда хромофором вы-
ступает SO4
2– (рисунок). Аналогичные данные по-
лучены и для других ИОМ .
Таким образом, полученные данные свидете-
льствуют о достаточно сложном механизме взаи-
модействия ионов Cu (II) с поверхностью окси-
гидратных сорбентов. По-видимому, механизм
включает комплексообразование с поверхностью,
которая может выступать как моно- или биден-
татный лиганд (ОН–-группы). Однако пока мож-
но сделать только предварительные выводы о
формах сорбированных комплексов меди и коор-
динации меди в них.
РЕЗЮМЕ . Досліджено ряд оксигідратних сорбен-
тів на основі титану і цирконію. Вивчені їх сорбційні ха-
рактеристики та проаналізовані електронні спектри по-
глинання йонообмінних матеріалів, що містять мідь.
SUMMARY. Series of oxyhydrated sorbents based
on titanium and zirconium were investigated. Sorption
characteristics are investigated and electronic absorption
spectra of ion-exchange materials containing copper are
analyzed.
1. Джейкок М ., Парфит Дж. Химия поверхностей
раздела фаз. -М .: Мир, 1984.
2. Амфлетт Ч. Неорганические иониты. -М.: Мир, 1966.
3. Bhave R .R. Inorganic membranes. Synthesis, char-
acteristics and applications. -New-York: Van Nost-
rand Reinhold, 1991.
4. Ливер Э. Электронная спектроскопия неоргани-
ческих соединений. -М . Мир, 1987.
Институт общей и неорганической химии Поступила 02.08.2005
им. В.И . Вернадского НАН Украины, Киев
УДК 544.723.21
О.В. Вяткина
АДСОРБЦИЯ И ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ФЕНОЛОВ
НА МОНТМОРИЛЛОНИТАХ В ВОДНЫХ СРЕДАХ В ПРИСУТСТВИИ ПЕРЕКИСИ ВОДОРОДА
Исследована адсорбция и каталитические превращения фенолов в водных средах в присутствии монтмо-
риллонита. Показано, что наряду с необратимой адсорбцией как исходных фенолов, так и продуктов их
окисления адсорбция промежуточных продуктов окисления усиливает каталитические эффекты, связанные
с присутствием в природной воде ионов металлов переменной валентности в результате их активации на
поверхности монтмориллонита . Объединение этих процессов увеличивает степень окисления фенолов в ге-
терогенных системах относительно гомогенных.
Спектры поглощения ионов Cu (II) сорбентом ZrO2-1, насыщенным из растворов
0.01 М CuCl2 (а) и 0.01 М CuSO4 (б).
© О.В. Вяткина , 2006
44 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 1
Современные природные воды содержат до-
статочно высокие концентрации фенолов раз-
личного происхождения, для которых характер-
на химическая активность. Продукты естествен-
ной деградации, в частности, хлорфенолы, обла-
дают значительно более высокой токсичностью
относительно исходных соединений [1, 2]. Кроме
того, известно, что в реакциях трансформации
фенолов в природной воде большую роль играют
адсорбционно-десорбционные процессы на гра-
нице грунт—вода [3] и превращения с участием
H2O2 естественного происхождения. Однако во-
прос взаимовлияния гетерогенных реакций на
гомогенные процессы окисления фенолов в вод-
ных средах до настоящего времени остается от-
крытым. Именно решению этого вопроса посвя-
щена настоящая работа .
Поставленную задачу решали, рассчитывая
кинетические параметры адсорбции и деграда-
ции фенолов в модельных системах, имитирую-
щих природные водоемы.
Кинетика окисления фенола исследовалась
в трех модельных системах.
Первая гомогенная некаталитическая модель-
ная система состояла из H2O—H2O2—C6H5OH,
С0 (Н2О2) = 1⋅10–2 М, С0 (С6Н5ОН) = 50 мг/л (5.3x
10–4 М).
В качестве катализатора во вторую гомоген-
ную систему аналогичного состава вводили ионы
трехвалентного железа; С(Fe3+) = 1⋅10–4 М .
В качестве гетерогенного компонента третьей
системы использовали бентонит (диаметр фрак-
ции 1—3 мм), СBe=10 г/л. В данных условиях кон-
центрация ионов Fe3+ в растворе над бентонитом
соизмерима с их содержанием в гомогенно-ката-
литической системе [4].
В исследуемых окислительных системах каж-
дые сутки определяли концентрации промежу-
точных продуктов окисления фенола: пирокате-
хина, резорцина и гидрохинона. Эксперимент про-
водили в течение 14 сут, тo еcть до полного окис-
ления всех двухатомных фенолов. Затем в систе-
мах, не содержащих двухатомных фенолов, опре-
деляли остаточную концентрацию фенола. Опре-
деление концентраций фенола и продуктов его
окисления — пирокатехина, резорцина и гидро-
хинона — в исследуемых окислительных и адсорб-
ционных системах проводили фотоколоримет-
рически в кварцевых кюветах длиной 20 мм. Фе-
нол — при рН 10.00 ± 0.2 (λ=440 нм), гидрохинон
— рН 5—8 (λ=520 нм), (εотн 3.6 %), пирокатехин
— рН 5—7 (λ=540 нм), (εотн 1.2 %), резорцин
— рН 5—7 (λ=480 нм) (εотн 2.7 %) [5].
В качестве тестового метода качественного
определения двухатомных фенолов в окислитель-
ных системах использовали тонкослойную хро-
матографию (ТСХ) [6]. Ошибка метода лежит в
пределах 10 %. Экспериментально подобран оп-
тимальный состав растворителя для более пол-
ного разделения фенолов (бензол : бензин : этил-
ацетат : уксусная кислота = 6.5:3.8:2.6:1 соот-
ветственно).
Разделение проводили с использованием стан-
дартных пластин Silyfol. Проявитель — смесь
равных количеств 15 %-го раствора FeCl3 и 1 %-
го раствора К3[Fe(CN)6].
Для исследования адсорбции одно- и двух-
атомных фенолов использован щелочно-земель-
ный бентонит, относящийся к группе монтмо-
риллонита следующего минерального состава:
монтмориллонит 80—85 %, каолинит 10—15 %,
примеси (слюды, карбонаты, кварц, гидроксиды)
5—10 % [7, 8].
Адсорбцию и десорбцию фенолов на бенто-
ните изучали в статическом режиме при темпе-
ратуре 25±1 оС, в интервале концентраций фено-
лов 0.5—15 мг/л. Навески бентонита массой 1 г
выдерживали с 0.05 л растворов соответствую-
щих фенолов. Измерения равновесных концен-
траций фенолов проводили через каждые 24 ч в
течение 10 сут. После этого адсорбент отфильт-
ровывали, подсушивали на фильтре и измель-
чали до начальных размеров (d=1—3 мм). Полу-
ченный материал помещали в исходные колбы,
содержащие 0.05 л дистиллированной воды. Кон-
центрации десорбированных фенолов определя-
ли через 1, 5 и 14 сут.
Использование трех модельных систем по-
зволило установить вклад различных процессов
в окислительно-деструктивные превращения фе-
нолов в водных средах. При этом отмечены зна-
чительные отличия как в кинетических парамет-
рах, так и в компонентном составе указанных
моделей. В гомогенной каталитической системе
наблюдается значительное изменение цвета рас-
твора относительно исходного, в то время как
в не каталитической и гетерогенной системах
подобного эффекта не происходит (рис. 1). При
этом обращает на себя внимание максимум на
кинетической кривой 2, который совпадает по
времени с максимумом накопления ОН• радика-
лов в кислой среде [9—12]. А наличие данных
радикалов и значения рН , в которых происходит
реакция окисления, дает основание предполо-
жить появление олигомеров фенолов, образую-
щихся в результате поликонденсации, полиме-
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 1 45
ризации феноксильных радикалов, а также ком-
плексных соединений фенолов с ионами железа,
что значительно осложняет их дальнейшее ана-
литическое определение и окисление [13, 14]. Кро-
ме того, в подобных реакциях возможно обра-
зование низкомолекулярных продуктов окисле-
ния, что и было доказано экспериментально.
В гомогенной системе без катализатора образу-
ется резорцин и пирокатехин, в гомогенной сис-
теме с катализатором обнаружено присутствие
гидрохинона.
При изучении кинетики образования низко-
молекулярных продуктов окисления фенола в го-
могенной системе без катализатора было уста-
новлено, что максимальная концентрация этих ве-
ществ достигается за 108 ч. И при этом количе-
ство образующегося резорцина в 2 раза меньше,
чем пирокатехина. В гомогенной каталитической
системе время максимального накопления опре-
деляемых продуктов окисления сокращается до
72 ч. Каталитический эффект в этой реакции свя-
зан с появлением промежуточного продукта —
гидрохинона, упрощающего дальнейшее окисле-
ние пирокатехина, что отражается на кинетиче-
ских кривых.
Введение гетерогенной составляющей (мон-
мориллонита) приводит к значительному умень-
шению исходной концентрации фенолов, что бы-
ло связано с параллельным протеканием адсорб-
ционно-десорбционных процессов. При этом ад-
сорбция фенолов на бентоните носит предельный
характер и равна: 0.31 мг/г для гидрохинона,
0.11 мг/г для фенола, 0.15 мг/г для резорцина и
0.23 мг/г для пирокатехина. То есть, адсорбция
гидрохинона на монтмориллоните максимальна.
При изучении адсорбции в первые сутки экс-
перимента (рис. 2) был обнаружен факт волнооб-
разного характера изотерм адсорбции фенолов
до выхода на насыщение, что может быть связа-
но либо со ступенчатым заполнением межпакет-
ного пространства бентонита адсорбированны-
ми молекулами вследствие набухания, либо с ре-
акциями конденсации на поверхности [15, 16].
При этом предельная адсорбция соответствует
наибольшей площади поверхности максимально
диспергированного монтмориллонита и носит не-
обратимый характер, так как в результате иссле-
дования десорбции фенолов на монтморилло-
ните в воде не было обнаружено фенола и про-
дуктов его окислительной деструкции. И для ге-
терогенной системы кинетика окисления носит
несколько иной характер.
На рис. 3 представлены кинетические кривые
окисления фенолов в присутствии монтморилло-
нита. Обращает на себя внимание тот факт, что
время максимального накопления продуктов окис-
ления фенола в гетерогенной системе практи-
чески аналогично времени в гомогенной ката-
литической системе, что, по-видимому, связано
с наличием обменных катионов Fe3+ в структуре
монтмориллонита, катализирующих процесс рас-
пада H2O2, а также появлением промежуточного
Рис. 1. Кинетика изменения оптической плотности в
модельных системах: 1 — С6Н5ОН—Н2О2—Н2О (рН
4—4.5); 2 — С6Н5ОН—Н2О2—Н2О—Fe3+ (рН 3.8—4.5);
3 — С6Н5ОН—Н2О2—Н2О—бентонит (рН 6.8—7.3).
Рис. 2. Изотермы адсорбции фенолов на монтморил-
лоните (d=1—3 мм, t=1 сут): 1 — гидрохинон, 2 —
фенол, 3 — пирокатехин, 4 — резорцин.
46 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 1
продукта гидрохинона, максимально сорбирую-
щегося на монтмориллоните. Именно адсорбция
гидрохинона наряду с наличием обменных ка-
тионов Fe3+ значительно повышает степень кон-
версии фенолов в водных средах. Кроме того, эк-
спериментально доказано, что время окисления
пирокатехина максимально, что должно учиты-
ваться при измерении скорости адсорбции в гете-
рогенной системе, то есть реакция окисления пи-
рокатехина будет лимитировать адсорбционные
процессы.
По результатам исследований оценена сте-
пень конверсии фенолов, она составила: гомоген-
ная некаталитическая система — 12 %; гомоген-
ная каталитическая система — 32 %, гетероген-
ная система — 55 %.
Таким образом, наряду с наличием необра-
тимой адсорбции как исходных фенолов, так и
продуктов их окисления адсорбционные процес-
сы промежуточных продуктов окисления усили-
вают каталитические эффекты, связанные с нали-
чием в природной воде ионов металлов пере-
менной валентности в результате их активации
на поверхности монмориллонита. Объединение
этих процессов увеличивает степень окисления
фенолов в гетерогенных системах относительно
гомогенных.
РЕЗЮМЕ. Досліджено адсорбцію і каталітичні пе-
ретворення фенолів у водних середовищах у присутності
монтморилоніту. Показано, що поряд з наявністю нео-
боротної адсорбції як вихідних фенолів, так і продуктів
їх окиснення адсорбція проміжних продуктів окиснення
підсилює каталітичні ефекти, зв’язані з наявністю в
природній воді йонів металів перемінної валентності
в результаті їх активації на поверхні монтморилоніту.
Об’єднання цих процесів збільшує ступінь окиснення
фенолів у гетерогенних системах відносно гомогенних.
SUMMARY. Adsorption and catalytic transforma-
tions of phenols in aqueous media at presence of montmo-
rillonite were investigated. It is shown, that alongside with
presence of irreversible adsorption of both initial phenols,
and products of their oxidation, the adsorption of inter-
mediate products of oxidation reinforce the catalytic effects
connected to the presence of metal ions of variable valence
in natural water as the result of their activation on the
montmorillonite surface. The integration of these processes
increases oxidation state of phenols in heterogeneous sys-
tems concerning homogeneous.
1. Богдановский Г.А . Химическая экология. -М .: МГУ,
1994.
2. Pera-Titus M., Garcia-Molina V., Banos M. A. et al. //
Appl. Catalysts B: Environmental. -2004. -47. -P. 219—256.
3. Pu F., Phil R., Z henxi L ., Guangguo Y . // Org.
Geochem. -1990. -16 (1-3). -P. 427—435.
4. Вяткина О.В., Першина Е.Д. // Учeные записки
Таврического национ. ун-та им. В.И . Вернадского.
-2002. -15 (54), № 1. -С. 81—85.
5. Лурье Ю.Ю., Рыбников А .И . Химический анализ
производственных сточных вод. -М .: Химия, 1974.
6. Кабардин С.А ., Макаров К.А . Тонкослойная хрома-
тография в органической химии. -М : Химия, 1978.
7. Булах А .Г. Минералогия с основами кристалло-
графии. -М .: Недра, 1989. -C. 239—252.
8. Ферсман А .Е. Очерки по минералогии и геохимии.
-М .: Наука, 1977.
9. Эрнестова Л.С., Скурлатов Ю.И . // Журн. физ.
химии. -1984. -58. -№ 9. -С. 2358—2360.
10. Соложенко Е.Г., Соболева Н.М ., Гончарук В.В. // Химия
и технол. воды. -2004. -26, № 3. -С. 219—246.
11. Маляренко В.В., Кожанов В.А . // Там же. -2001.
-23, № 3. -С. 312—318.
12. Lee Ch., Y oon J. // Chemosphere. -2004. -56. -P. 923—934.
13. Общая органическая химия. Кислородсодержащие
соединения / Под ред. Дж.Ф . Стоддарта. -М .:
Химия, 1982. -Т. 2.
14. Прайор У., Мид Д., Борг Д. и др. / Свободные
радикалы в биологии / Под ред. У. Прайор. -М .:
Мир, 1979. -Т. 2.
15. Тарасевич Ю.И ., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на
глинистых минералах. -Киев: Наук. думка, 1975.
16. Тарасевич Ю.И ., Климова Г.М . // Химия и технол.
воды. -2002. -24, № 5. -С. 481—490.
Таврический национальный университет Поступила 10.06.2005
им. В.И . Вернадского, Симферополь
Рис. 3. Кинетика окисления фенолов в модельной систе-
ме, содержащей бентонит (C0(Н2О2) = 1⋅10–2 М, C0(С6Н5ОН)
= 50 мг/л, mбентонита = 5 г, d = 1—3 мм): 1 — резорцин;
2 — пирокатехин; 3 — гидрохинон.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 1 47
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-185091 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T00:30:11Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Вяткина, О.В. 2022-08-31T17:55:23Z 2022-08-31T17:55:23Z 2006 Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода / О.В. Вяткина // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 44-47. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185091 544.723.21 Исследована адсорбция и каталитические превращения фенолов в водных средах в присутствии монтмориллонита. Показано, что наряду с необратимой адсорбцией как исходных фенолов, так и продуктов их окисления адсорбция промежуточных продуктов окисления усиливает каталитические эффекты, связанные с присутствием в природной воде ионов металлов переменной валентности в результате их активации на поверхности монтмориллонита. Объединение этих процессов увеличивает степень окисления фенолов в гетерогенных системах относительно гомогенных. Досліджено адсорбцію і каталітичні перетворення фенолів у водних середовищах у присутності монтморилоніту. Показано, що поряд з наявністю необоротної адсорбції як вихідних фенолів, так і продуктів їх окиснення адсорбція проміжних продуктів окиснення підсилює каталітичні ефекти, зв’язані з наявністю в природній воді йонів металів перемінної валентності в результаті їх активації на поверхні монтморилоніту. Об’єднання цих процесів збільшує ступінь окиснення фенолів у гетерогенних системах відносно гомогенних. Adsorption and catalytic transformations of phenols in aqueous media at presence of montmorillonite were investigated. It is shown, that alongside with presence of irreversible adsorption of both initial phenols, and products of their oxidation, the adsorption of intermediate products of oxidation reinforce the catalytic effects connected to the presence of metal ions of variable valence in natural water as the result of their activation on the montmorillonite surface. The integration of these processes increases oxidation state of phenols in heterogeneous systems concerning homogeneous. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода Адсорбція і окиснювальна деструкція фенолів на монтморилонітах у водних середовищах у присутності перекису водню Adsorption and oxidative destrustion of phenols on montmorillonites in aqueous media in the presens of hydrogen peroxide Article published earlier |
| spellingShingle | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода Вяткина, О.В. Неорганическая и физическая химия |
| title | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода |
| title_alt | Адсорбція і окиснювальна деструкція фенолів на монтморилонітах у водних середовищах у присутності перекису водню Adsorption and oxidative destrustion of phenols on montmorillonites in aqueous media in the presens of hydrogen peroxide |
| title_full | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода |
| title_fullStr | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода |
| title_full_unstemmed | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода |
| title_short | Адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода |
| title_sort | адсорбция и окислительная деструкция фенолов на монтмориллонитах в водных средах в присутствии перекиси водорода |
| topic | Неорганическая и физическая химия |
| topic_facet | Неорганическая и физическая химия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185091 |
| work_keys_str_mv | AT vâtkinaov adsorbciâiokislitelʹnaâdestrukciâfenolovnamontmorillonitahvvodnyhsredahvprisutstviiperekisivodoroda AT vâtkinaov adsorbcíâíokisnûvalʹnadestrukcíâfenolívnamontmorilonítahuvodnihseredoviŝahuprisutnostíperekisuvodnû AT vâtkinaov adsorptionandoxidativedestrustionofphenolsonmontmorillonitesinaqueousmediainthepresensofhydrogenperoxide |