Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших задач, стоящих перед современным обществом, является защита окружающей среды. Ключевой ее составляющей является вопрос водоподготовки и очистки разного рода сточных вод от токсичных соединений.
Все более широкое распространение для успешного решения поставленной задачи приобретают технологии с применением озона. Озон является одним их наиболее сильных окислителей, что определяет его привлекательность для применения в различных целях, в первую очередь, для дезинфекции питьевой воды. Исключительно ценным его свойством является экологическая чистота применения -способность разлагаться до кислорода. При этом не увеличиваются объем и масса обработанной среды, а также не вносятся солеобразующие элементы, что чрезвычайно актуально, в частности, при переработке жидких радиоактивных отходов.
В ходе разложения озона образуются радикальные продукты, которые в отличие от него, являются неселективными и более эффективными окислителями. В связи с расширяющимся использованием озона для решения задач природоохранного характера - для очистки жидких отходов различного состава - важно изучить процесс самодеструкции Оз в водных растворах, исследовать влияние разнообразных факторов на него и возможность управления его скоростью.
За десятилетия совершенствования оборудования для производства 03 существенно увеличились его энергетическая эффективность и достижимые концентрации производимого озона, что обусловливает необходимость выбора в качестве объекта исследования растворов высококонцентрированного Оз.
В отношении механизма деструкции озона в водных растворах на настоящий момент имеются существенные разногласия: до сих пор сохраняется неопределенность в отношении основных кинетических закономерностей его самораспада.
Эволюция представлений о специфике его свойств требует частичного пересмотра результатов существующих работ на данную тему по причине того, что в силу цепного характера разложения озона количественные характеристики его деструкции во многом определяются его содержанием в среде. Детальное
2 установление кинетических закономерностей разложения озона позволяет управлять его скоростью и создает возможности для повышения эффективности использования Оз в решении задач природоохранного характера. Цель работы:
изучение основных закономерностей разложения озона в воде и водных растворах различного состава и влияния различных факторов на этот процесс;
научное обоснование повышения эффективности окислительного разложения соединений в водных растворах с целью разработки методов интенсификации процессов очистки сточных вод.
В соответствии с этим были сформулированы следующие конкретные задачи:
обосновать адекватный поставленной цели экспериментальный метод изучения процессов разложения растворенного озона, а также способ определения его концентрации;
определить растворимость озона в воде и растворах электролитов, ее зависимость от температуры и величины рН раствора;
изучить основные кинетические закономерности разложения озона в чистой воде и установить влияние на этот процесс различных факторов, таких как температура, величина ионной силы и рН среды;
исследовать роль буферных добавок, электролитов, ионов переходных металлов и различных акцепторов свободных радикалов в механизме цепного разложения озона;
исследовать окисление озоном органических кислот и поверхностно-активных веществ, компонентов жидких радиоактивных отходов, с целью интенсификации этих процессов;
выработать подходы к оптимальной организации окислительных процессов, осуществляемых при непрямом действии озона, за счет образующихся при его разложении радикальных продуктов.
Научная новизна:
предложен экспериментальный метод изучения процессов разложения озона, позволяющий нивелировать вклад внешних воздействий, искажающих истинную кинетику процесса;
исследован процесс разложения концентрированного (до 50 мг/л) Оз;
впервые установлен факт ингибирования данного процесса следовыми количествами ионов серебра;
развита и обоснована модель деструкции различных соединений озоном, позволяющая проводить оценку эффективности озонолитических процессов;
Практическая значимость.
Изучение процессов разложения озона предоставляет ценную информацию о роли как прямого окисления различных веществ под действием озона, так и косвенного - за счет продуктов его распада. Использование полученных данных создает условия либо для направленной деструкции 03 с целью ускорения окислительных взаимодействий, либо для подавления нежелательных радикальных реакций его цепного распада. Результаты работы могут быть использованы при:
разработке систем озонолитической деструкции различных соединений, реализующих возможность повышения экономичности и безопасности их эксплуатации - за счет снижения перерасхода 03;
интенсификации процессов озонолитической обработки сточных вод, содержащих трудноокисляемые компоненты;
создании стабилизированных растворов концентрированного (50 мг/л и более) Оз для дальнейшего их использования в случаях, когда производство озона на месте применения по каким-либо причинам представляется нежелательным или невозможным.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
30-м Всероссийском семинаре «Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии», Москва, 2008.
Конференции научно-исследовательских работ молодых ученых, студентов и аспирантов ИФХЭ РАН, Москва, 2008.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 статьи и 2 тезисов докладов на
конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора
(глава 1), методической части (глава 2), двух экспериментальных глав с обсуждением
результатов, выводов и списка цитируемой литературы (120 наименований). Текст
работы изложен на 127 страницах, содержит 43 рисунка и 5 таблиц.
