УДК 541.13: 621.315.5

Фотоэлектрохимическое окисление азокрасителей под давлением кислорода

, ,

ГОУ ВПО “Дагестанский государственный университет”

Россия, г. Махачкала, *****@***ru

Сброс сточных вод, содержащих органические красители, вызывает значительное загрязнение окружающей среды, а также формирует серьезные факторы риска здоровья человека. Существующие на реальных предприятиях технологии обработки сточных вод не могут эффективно обезвредить большинство таких загрязнений, поэтому в последние десятилетия большое внимание уделяется разработке технологии дезактивации сточных вод, содержащих красители.

Основная экологическая проблема, связанная с использованием органических красителей, заключается в их потере в процессе окрашивания текстиля. Эффективность фиксации молекул красителя волокнами варьируется в пределах 60-90%, следовательно, большое количество незафиксированного красителя попадает в сточную воду. Существующие технологии, используемые для обработки сточных вод текстильной промышленности, не всегда решают проблему удаления цветности и органических красителей. Многие органические красители, используемые в процессе окрашивания текстиля, являются токсичными по отношению к водной микрофлоре и фауне (или могут быть биологически трансформированы в более токсичные соединения) и могут вмешиваться в процессы естественного фотосинтеза.

Среди разрабатываемых технологий потенциально привлекательными для многих исследователей являются фотоэлектрохимические процессы, что связано с возможностью создания энергонезависимых технологий обезвреживания сточных вод различного состава. Исходя из этого, в последние годы применению фотоэлектрохимического процесса для окисления органических красителей уделяется большое внимание. Эффективность фотоэлектрокаталитических процессов для обеззараживания биологически устойчивых химических соединений была подробно описана, особенно с использованием в качестве катализатора диоксида титана[1].

Исходя из этого, нами исследовано фотоэлектрохимическое окисление азокрасителя прямого черного 2С на Ti/TiO2/RuO2 и Ti/TiO2 электродах в 0,1 М растворах Na2SO4 и КОН при облучении УФ - и дневным светом. В случае использования дневного света в качестве источника энергии происходит сенсибилизированное фотоэлектрохимическое окисление прямого черного 2С, которое основано на поглощении энергии красителем-сенсибилизатором, адсорбированным на поверхности полупроводникового электрода, с последующей передачей энергии фотокатализатору.

Замыкание электродов по внешней цепи с одновременным облучением способствует перемещению сгенерированных фотоэлектронов на катод, где протекают электрохимические реакции восстановления, что снижает рекомбинацию электронов и дырок. Кинетика фотоэлектрохимического окисления прямого черного 2С удовлетворительно со-ответствует первому порядку. Увеличение давления кислорода от 0,1 до 0,4 МПа способствует росту скорости фотоэлектрохимического оки-сления молекул прямого черного 2С примерно в 7,75 раз. При сравнении двух процессов фотокаталитического и фотоэлектрохимического, видно, что скорость реакции фотоэлектрохимического окисления красителя прямого черного на Ti/TiO2 электроде в 0,1 М растворе Na2SO4 в 1,5 раз выше при давлении 0,1 МПа и 6,8 раз - при давлении 0,4 МПа. По нашему мнению, это объясняется электрохимическим восстановлением растворенного кислорода на поверхности платинового катода до активных частиц, участвующих в окислении молекул красителя.

В случае проведения фотоэлектрохимического окисления красителя прямого черного 2С в 0,1 М растворе Na2SO4 на Ti/TiO2/RuO2 электроде эффективность обесцвечивания раствора ниже, чем в случае с Ti/TiO2, что, по-видимому, связано с более плотным расположением оксидов титана и рутения на поверхности титана, следовательно, более низкими значениями величины адсорбции молекул красителя на поверхности электрода.

Электрохимическое окисление красителя прямого черного 2С на Ti/TiO2/RuO2 электроде приводит к обесцвечиванию раствора на 9,1% и 9,4% в 0,1 М растворах Na2SO4 и КОН, а при фотоэлектрохимическом окислении степень обесцвечивания составляет 45,6% и 44,4% для двух растворов, соответственно. При сравнении степень обесцвечивания при фотокаталитическом окислении на Ti/TiO2/RuO2 электроде составляет 20,2% и 10,4% в 0,1 М растворах КОН и Na2SO4.

Таким образом, степень обесцвечивания раствора красителя при фотоэлектрохимическом окислении превышает суммарный эффект электрохимического и фотокаталитического процессов, что, по-види-мому, связано с участием продуктов восстановления кислорода в окислении молекул красителя.

[1] Bhatkhande D. S., Pangarkar V. G., Beenackers A. C. M. // J. Chem. Technol. & Biotech. 2002. V. 77. P. 102.