Введение к работе
Актуальность темы исследования связана с необходимостью выявления физико-химических закономерностей и разработки кинетического подхода к анализу процессов, имеющих место в биохимических, метаболических системах с участием оксн- и оксокислот, а также в водных экосистемах. В последнем случае это связано с необходимостью совершенствования химико-биологических методов очистки сточных вод и для предотвращения ухудшения качества природных вод.
Наличие в природной воде органических веществ, в том числе окси- и оксокислот предполагает протекание сложных окислительно-восстановительных (ОВ) процессов, в основе которых лежит весьма ограниченное число элементарных химических превращений, связанных с реакциями координационных соединений металлов, протекающих под действием солнечного света, а также с участием пероксида водорода и активных промежуточных частиц.
В настоящее время существует ряд фундаментальных обзоров и монографий, касающихся окисления пероксидом водорода в присутствии ионов и комплексов переходных металлов различных органических субстратов. Однако, в отношении окисления окси- и оксокислот литературных данных не так уж много.
Целью настоящей работы является изучение кинетики и механизмов ОВ катализа и фотолиза некоторых окси- и оксокислот в присутствии ионов железа и меди, а также пероксида водорода и решение некоторых практических задач в области охраны природы, касающихся способов очистки сточных вод и исследования ОВ состояния природных водных экосистем, подвергающихся различным антропогенным воздействиям.
Задача исследования состоит в выявлении физико-химических закономерностей трансформации окси- и оксокислот в присутствии ионов переходных металлов и пероксида водорода в модельных и реальных системах.
Научная новизна работы заключаются в том, что впервые: изучено окисление глиоксалевой кислоты и пекаталптпческое и каталитическое декарбоксилированпе дикетоянтарной кислоты в присутствии ионов железа и меди. К исследованию катализа превращения оксокислот применялся метод математического планирования эксперимента и показано преимущество в его использовании по сравнению с методом фор-
мальнои кинетики. Рассмотрены процессы взаимодействия окси- и оксокислот с супероксидными радикалами и рассчитаны константы^ скорости взаимодействия некоторых оксн-н оксокислот с ОН-радикалами, исследована фотолитическая трансформация окси- и оксокислот в присутствии ионов железа (lit) и предложена обобщенная схема катализа и фотолиза. Для расчета квантовой эффективности предложен фср-риглиоксалатный актинометр. Изучена оксилительно-восста-новительная трансформация ионов железа в природных и сточных водах под влиянием света, пероксида водорода и др., оценена скорость поглощения квантов различными сточными водами и рассчитан квантовый выход протекающих в них фотохимических реакций, а также динамика интегральных показателей при смешении сточных вод с активным илом, рассчитан параметр «емкости» биомассы активного ила. Предложен экологически чистый стимулятор роста растений на основе пероксида водорода.
Практическая ценность работы настоящего исследования вытекает из возможности применения полученных результатов для дальнейшего развития теории окислительно-восстановительного катализа ионами металлов и их комплексами, а также из возможного приложения к исследованию водных экосистем.
Установлено, что окисление железа в природных подах кислородом происходит под действием ультрафиолетового (УФ) света и зависит от природы взвешенных частиц, хелато-образователен и может служить качественной характеристикой ОВ состояния природной экосистемы. Показано, что существует корреляция между высоким содержанием восстановителя, низким содержанием кислорода, увеличением значения биологического потребления кислорода (БПК) и параметром ингнбиторной способности.
Показано, что облучение сточных вод УФ- светом приводит к образованию 0*~2 и ОН-радикалов, пероксида водорода и ускорение процесса фотохимического и каталитического окисления железа обусловлено содержанием в сточных водах кислород-содержащих лигандов.
Установлено скачкообразное изменение параметров химического потребления кислорода (ХПК) и БПК коммунально-промышленных сточных вод в ходе их биохимической очистки с помощью активного ила. Обоснован параметр «емкости» биомассы активного ила, наличие которого связано с субстратным насыщением дыхательных циклов микроорганиз-низмов активного ила,
Разработан новый способ предпосевной обработки семян пероксидом водорода в присутствии микроколичеств ионов меди, что позволяет ускорить созревание помидор на 10—12 дней быстрее и повысить урожайность некоторых культур на 30%. Разработан соответствующий стимулятор роста, содержащий дополнительно мочевину, что сделало возможным его применение в сухом виде.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всесоюзной конференции по гомогенному катализу (Черноголовка, 1984), на Всесоюзной конференции «Физические и математические методы в координационной химии» (Новосибирск, 1987), на Международной XXV интернациональной конференции по координационной химии (Китай, 1987), на Региональной научно-технической конференции «Экология водных ресурсов в агропромышленном комплексе» (Волгоград, 1989).'
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 4 тезисов докладов и получено 1 авторское свидетельство.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 164 страницах и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка цитируемой литературы (включающей 162 наименования), содержит 16 таблиц и 50 рисунков.