Разложение органических загрязнителей воды озоном на массивном медном катализаторе
02.00.04 – физическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Томск – 2011
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Опыт использования озона в качестве окисляющего агента в процессах очистки воды показал его экологическую безопасность, способность глубоко окислять органические вещества, удалять железо и марганец, снижать цветность воды, дезинфицировать и улучшать ее вкус изапах. Однако часто в процессе окисления загрязнителей озоном образуются устойчивые формы промежуточных веществ (карбоновые кислоты, альдегиды и др.). Поэтому первостепенное внимание уделяется созданию усовершенствованных процессов окисления загрязнителей (Advanced Oxidation Processes – AOPs), в которых для повышения эффективности и экономичности процесса озонирования используются гетерогенные или гомогенные катализаторы. В качестве гетерогенных катализаторов применяются наноструктурированные оксиды или металлы на различных оксидных носителях.
С технической точки зрения основным препятствием к широкому использованию оксидных катализаторов является их недостаточная механическая прочность. Это обуславливает необходимость введения дополнительной стадии фильтрации воды, усложняющей и удорожающей процесс ее очистки. Поэтому массивные металлические катализаторы, устойчивые к истиранию являются перспективными для применения. Достаточно эффективными и относительно недорогими из них являются медьсодержащие катализаторы – широко использующиеся катализаторы глубокого и парциального окисления органических веществ. Возможность использования массивного ячеистого медного катализатора в процессе разрушения органических загрязнителей воды озоном не была исследована.
Цель работы – Разработать новый высокоактивный массивный катализатор для разложения органических загрязнителей воды озоном, изучить его активность и поведение в процессе разложения.
Основные задачи, решаемые в данной работе
1) Выбор методики синтеза и материала катализатора.
2) Изучение каталитической активности массивного ячеистого медного катализатора в процессе окисления органических загрязнителей воды озоном (на примере щавелевой и бензойной кислот, метиленового синего).
3) Изучение поведения катализатора в процессе озонирования и влияния параметров проведения процесса на эффективность удаления загрязнителя (на примере щавелевой кислоты).
Научная новизна
Впервые показана возможность использования в качестве катализатора для полного (глубокого) окисления органических загрязнителей воды озоном массивного ячеистого медного катализатора.
С применением термодинамических расчетов и экспериментально показано участие в процессе окисления щавелевой кислоты оксидов меди, образующихся в системе под действием озона озоном.
С использованием физических методов исследования морфологии и состава поверхности медного катализатора до и после проведения каталитического процесса, а также путем рассмотрения возможных механизмов последнего, сделаны выводы относительно поведения катализатора в процессе.
Практическая ценность работы
Показано, что предложенный в качестве катализатора материал (массивная ячеистая медь) по активности не уступает описанным в научной литературе катализаторам. Кроме того, он обладает низким гидродинамическим сопротивлением, высокой проницаемостью и устойчивостью к истиранию, поэтому применение данного катализатора в процессе разложения органических загрязнителей воды озоном не требует последующей ее фильтрации; становится возможным проведение процесса очистки в проточном режиме.
Показано, что предложенный в качестве катализатора материал (массивная ячеистая медь) по активности не уступает описанным в научной литературе катализаторам. Кроме того, он обладает низким гидродинамическим сопротивлением, высокой проницаемостью и устойчивостью к истиранию, поэтому применение данного катализатора в процессе разложения органических загрязнителей воды озоном не требует последующей ее фильтрации; становится возможным проведение процесса очистки в проточном режиме. Все это способствует снижению времени, необходимого на обработку воды, и делает данный процесс привлекательным с экономической точки зрения. Способ очистки воды от органических загрязнителей методом озонирования в присутствии медного катализатора, предложенный авторами, защищен патентом РФ.