Введение к работе
Аетуальность темы диссертации. Проблема загрязнения очистки сточных и природных вод, загрязненных органическими веществами, занимает одно из центральных мест на современном этапе развития производства. К числу опасных загрязнителей относятся производные гидразина и амины (низкомолекулярные алифатические и ароматического ряда), которые в значительных количествах содержатся в сточных водах многих химических предприятий и других объектов, которые используют указанные вещества в качестве компонентов ракетного топлива
Традиционно используемые методы очистки стоков, загрязненных аминами и гидразинами, основаны на окислительной деструкции опасных компонентов с помощью кислород- и хлорсодержащих окислителей. Однако эти методы не позволяют полностью предотвратить опасное воздействие азотсодержащих веществ на окружающую среду, так как не обеспечивают их полного обезвреживания. Образующиеся в некоторых случаях вторичные загрязнения столь же токсичны, как и исходные загрязнители. Это вызывает необходимость введения стадии доочистки, и, следовательно, увеличения стоимости всего процесса. Наиболее эффективные из методов указанной группы, позволяющие обезвреживать сточные воды за один цикл, характеризуются использованием дорогостоящих катализаторов и реагентов — озона, перекиси водорода, а также энзимных препаратов.
Решением проблемы очистки вод от азотсодержащих органических соединений может стать использование метода электрохимической деструкции компонентов на поверхности электрода. В качестве материала электрода наиболее перспективным представляется применение углеродного волокна, которое может быть использовано и как адсорбент, и, благодаря своей высокой электропроводности, как электрод. Метод электрохимической деструкции адсорбированных на поверхности углеродного волокна веществ позволяет, во-первых, провести глубокую очистку воды, во-вторых, перевести токсичные вещества в безопасные продукты, и, в-третьих, достичь восстановления адсорбционной емкости углеродного материала.
Цель работы. Выявление закономерностей поведения некоторых гидразин-производных и аминосоединений на поверхности поляризованного углеродного во-
локнистого материала (УВМ) с целью применения электрохимического метода очистки вод, содержащих данные вещества.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
— исследовать изменение пористой структуры углеродного волокна при электрохи
мической поляризации в водном растворе электролита;
- определить условия электрохимического окисления аминосоединений и гидра-
зинпроизводных на заряженной углеродной поверхности;
— установить взаимосвязь параметров электрохимической поляризации УВМ и со
става продуктов электрохимического окисления амино- и гидразин производных;
- оценить степень восстановления адсорбционной емкости УВМ при его много
кратном использовании в процессах электрохимической очистки вод.
Научная новизна. В результате систематического исследования впервые получены данные об обратимом влиянии катодной и анодной электрохимической обработки УВМ на его пористую структуру. Методом вольтамперометрии показано, что некоторые амины и гидразины окисляются в анодной области потенциалов на углеродной поверхности, не подвергавшейся предварительному модифицированию. Установлен каталитический эффект высокоразвитой поверхности УВМ (по сравнению с гладкой поверхностью стеклоуглерода) в реакциях электрохимического окисления гидразинов и алифатических аминов, приводящий к уменьшению потенциала окисления указанных веществ на 0,020-0,080 В.
Выявлена взаимосвязь между параметрами процесса, — величиной потенциала и продолжительностью обработки, — и составом продуктов электрохимического окисления фенилгидразина.
Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют применять катодное и анодное электрохимическое заряжение УВМ в растворах электролитов для целенаправленного изменения их пористой структуры. Обосновано использование метода электрокаталитической деструкции на электроде из УВМ для эффективной очистки вод, содержащих производные гидразина и низкомолекулярных алифатических аминов, которые являются компонентами ракетных топлив. Най-
дены условия электрохимического окисления, при которых процесс электроокисления идет до экологически безопасных продуктов. Установлено, что использование метода электродеструкции указанных веществ на электродах из УВМ позволяет предотвратить образование вторичных загрязнений. При этом осуществляется восстановление адсорбционной емкости углеродного волокна в том же аппарате, что и процесс очистки, что обеспечивает многократное использование материала электрода.
На защиту выносятся следующие положения:
- закономерности изменения пористой структуры УВМ Актилсн А в зависимости
от вида электрохимической обработки в водном растворе электролита;
результаты исследования электрохимического окисления низкомолекулярных алифатических аминов, гидразина и фенилгидразина на немодифицированной углеродной поверхности;
зависимость состава продуктов окисления фенилгидразина от потенциала УВМ;
- зависимость изменения адсорбционной емкости углеродного волокна от условий
проведения процесса электрохимической очистки растворов.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на Научно-технической конференции "Экология-97" (Санкт-Петербург, 1997 г.), Региональной конференция молодых ученых "Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды" (Владивосток, 1997 г.), IV Всероссийском симпозиуме "Актуальные проблемы адсорбционных процессов" (Москва, 1998), III Международном конгрессе "Вода: экология и технология. ЭКВАТЭК-98" (Москва, 1998 г.), III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" (Санкт-Петербург, 1998 г.), Дальневосточной региональной конференции молодых ученых "Проблемы экологии и рационального природопользования Дальнего Востока" (Владивосток, 1998 г.), Российско-китайской конференции по химической технологии, (КНР, Шеньян, 1998 r.),V Всероссийском симпозиуме "Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах" (Москва, 1999), II Международной конференции "АКВАТЕРРА (AQUATERRA)" (Санкт-Петербург, 1999 г.), Международной конференции молодых ученых "Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТР"
(Владивосток, 1999 г.). Всероссийской конференции "Химический анализ веществ и материалов" (Москва, 2000 г.), IV Международном конгрессе "Вода: экология и технология. ЭКВАТЭК-2000" (Москва, 2000 г.), II Международном семинаре "Углеродные адсорбенты" (Кемерово, 2000 г.).
По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ в виде статей и тезисов докладов на международных и Всероссийских конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемых источников и приложения. Текст диссертации размещен на 118 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 7 таблиц, 203 наименования процитированных источников.