Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

РАДИОЛИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА ФЕНОЛА В ПРИСУТСТВИИ НАНО-Y-AL2O3

Курбанов М.А. 1 Кулиева У.А. 1 Абдуллаев Е.Т. 1 Махмудов О.М. 1 Искендерова З.И. 1
1 Институт радиационных проблем НАНА
Изучен радиолиз системы фенол-вода-нано-y-Al2O3. Измеряли ХПК и рН показатель раствора и образование СО2 при радиолизе в интервале поглощенной дозы 0-400 кГр. Проведено дериватографические исследование адсорбированной фазы на нано-y-Al2O3. Из термических кривых определялись площади эндо и экзотермических эффектов.
Нано частицы
радиолиз
теплота образования
экзотермический эффект
дериватограмма
1. Hashimoto A., Miyata T., Washino M., Kawakami W. A liquid chromatographic study on the radiolysis of phenol in aqueous solution// Envirin. Sci. Technol. 13, 979. – С. 71–75.
2. Hashimoto S., Miyata T., Kawakami W. Radiation– induced decomposition of phenol in flow system// Radiat. Phys. Chem. 16, 1980. – С. 59–65.
3. Kazuo S. Kazuto T., Satoru T. Degradation of aqueous phenol solution by gamma irradiation. Environ. Sci. Technol. 12, 1978. – С. 1043–1046.
4. Quint R.M., Park H.R., Krajnik P., Solar, Getoff N.and Sehested K.//Radiat. Phys. Chem, 47. – 1996. – С. 835.
5. Подзорова Е.А. Комбинированные радиационные методы очистки воды и сточных вод// автореферат докторской диссертации. – М., 2001.
6. Пискарев И.М. Окисление фенола частицами ОН, Н, О и О образующимися в электрическом разряде// Кинетика и катализ. – 1999. – том 40, № 4. – С. 505–511.
7. Seino S., Yamamoto T.A., Hashimoto K., Okudo S., Chitose N., Ueta S. and Okitsu K. Gamma-ray irradiation effect on aqueous phenol solutions dispersing TiO2 or Al2O3 nanoparticles // Rev. Adv. Mater. Sci. – 2003. – № 4. – С. 70–74.
8. Norihia Chitose, Shinzo Ueta, Satoshi Seino, Takao A. Yamamoto. Phenol degradation and TOC removal in solutions containing TiO2 induced by UV, ?-ray and electron beams// Chemosphere. 2003. – № 50. – С. 1007–1013.

Несмотря на интенсивное исследование радиолитического разложения фенола в водных растворах [1-8], гетерогенный радиолиз этой системы изучен недостаточно. Особенно слабо изучено влияние нано частиц на радиолитическое разложение фенола в водных растворах [7-8].

В данной работе изучено изменение pH показателя, Химическое Потребления Кислорода (ХПК) и образование СО2 при радиолизе водного раствора фенола (10-2М) в присутствии нано-γ Al2O3 в интервале поглощенной дозы 0-400 кГр. Кроме того, изучена кинетика образования экзотермических эффектов при радиолизе водного раствора фенола (10-2М) в присутствии нано-γ Al2O3 под действием γ-излучения Со60.

Подготовлены образцы с концентрацией фенола 10-2 М. В раствор добавлены 0,2 г нано-γ Al2O3, которая имела следующие характеристики.

Чистота

99.99 %

Состав

Нано-порошок, белый

Размеры частицы D50

20нм

Удельная поверхностная площадь

262.09 м2/г

Содержание гамма фазы

99.32 %

Содержание воды

0.317 %

Примеси

Ca: 8.25 ppm

Fe: 7.967 ppm

K: 6.3 ppm

Na: 4.707 ppm

Si: 9.71 ppm

Облучение проводилось в стеклянных ампулах, в статических условиях, при комнатной температуре под действием γ излучения от Со60. Мощность поглощенной дозы составляла 0,21 Гр/с. рН измеряли с прибором «РHS-25 pH METER», а Химическое Потребление Кислорода (ХПК) с титриметрическим методом.

После облучения подготовлены двух видов образцов. В первом случае анализирован жидкие фазы облученных образцов на ХПК и рН показателя. Во втором случае образцы помещали в центрифуге и отделяли нано частиц от жидкой фазы. Для выделения Al2O3 использована центрифуга «Centrifuge 5804R» фирмы «Eppendorf».Образцы (1 мл) поместили в цилиндрическую ячейку центрифуга объемом 50 мл, скорость вращения составляла 5000 оборот/мин. Время вращения 5 мин.

Жидкая фаза анализированы на ХПК и рН показателя.СО2 анализировали хроматографически. Al2O3 собранная на дне ячейки после окончания вращения удаляли механически, осушили в воздухе в течение 1 суток и анализировали на Дериватографе «Perlin Elmer» STA 6000.

В программе «Pyris Manger» из окно «PyrisSeries-STA6000 COM-1» создается рабочие связи с компьютерным прибором. При повышении температуры во время горения для создания гомогенности и выделения продуктов горения из система, обеспечивается подача азота со скоростью 20 мл/минут.

Площади эндо и экзотермических эффектов, вычисленные из термических кривых определяется как энтальпия, реакции горения.

На рис. 1. представлены кинетические кривые изменения рН облученных систем, включающие радиолиз гомогенной системы фенол-вода системы нано-γ-Al2O3 с вращением образцов и без вращения.

kurb1.tif

Рис. 1. Зависимости pH показателя от поглощенной дозы, 1 – после вращения, 2 – до вращения, 3 – без Al2O3 (гомогенная смесь)

Как видно, рН сильно уменьшается в случае гомогенной системы. При облучении системы в присутствии нано-γ Al2O3 рН изменяется относительно слабо. По видимому, часть жидких продуктов кислотного характера адсорбируется на поверхности нано-γ Al2O3. Неожиданное изменение рН наблюдается в случае вращения образцов. В этом случае уменьшение рН меньше, чем упомянутых выше двух случаях. Полученные результаты показывают о дополнительной адсорбции кислот на поверхности нано-γ Al2O3 при вращении на центрифуге.

kurb3.tif

Рис. 3. Кинетика образования СО2 при радиолизе, 1 – гомогенной системы Ph + вода, 2 – системы Ph + Al2O3 + H2O

На рис. 2 показаны кинетические кривые изменения ХПК облученных систем, включающие радиолиз гомогенной системы фенол-вода, системы нано-γ-Al2O3 с вращением образцов и без вращения.

kurb2.tif

Рис. 2. Зависимости ХПК показателя от поглощенной дозы, 1 – после вращения, 2 – до вращения, 3 – без Al2O3 (гомогенная смесь)

Как видно, наличие нано-γ Al2O3 существенно не влияет на уменьшение ХПК с ростом дозы. Отличие наблюдается в случае вращения образцов на центрифуге. В этом случае происходит более сильное уменьшение ХПК с ростом дозы. Такая закономерность также подтверждает адсорбции жидких продуктов кислотного характера на поверхности нано-γ Al2O3 при вращении на центрифуге.

На рис. 3 показаны кинетика изменения концентрация углекислого газа при радиолизе гомогенной и гетерогенной системы.

Как видно, наличие нано-γ-Al2O3 приводит к уменьшению концентрации образовавшийся углекислого газа. Полученные результаты показывают на подавление окисление органических кислот – продуктов глубокого окисления фенола. Наблюдаемая тенденция в кинетике образования СО2 была наблюдена также в работе [7], где проводилось исследование влияние нано-γ Al2O3 на радиолитическое разложение фенола в водных растворах.

На рис. 4 представлены кривые изменения веса, ?H и площадь экзотермического эффекта.

kurb4a.tif

kurb4b.tif

kurb4c.tif

Рис. 4. Дериватограммы образцов при а – D = 0, б – D = 13 kГр, с – D = 38 kГр

Как видно, уменьшение веса образца наблюдается при t = 228-295 °C. Экзотермический эффект происходит с максимумом, зависящего от поглощенной дозы. Результаты представлены в таблице.

Характеристики экзотермического эффекта

D

S, мДж

?H, Дж /г

Тмах, °С

0

2101.153

69.600

275.06

13 kГр

256.442

256.442

265.33

38 kГр

1.729

0.1409

251.63

380kГр

~ 0

~ 0

Не наблюдается

Как видно, с ростом дозы теплота образования и площадь экзотермического эффекта сильно падает, что связано с разложением фенола и продуктов его превращения при больших дозах. Наблюдается также смешение Тмакс в сторону низких температур при больших дозах.

На DTA привой, снятой для не облученной нано-γ-Al2O3 наблюдается эффект при 470 °С.

Наблюдаемые закономерности показывают на эффективное участие активных частиц, образующихся на поверхности нано-γ Al2O3 в процессах разложения фенола и органической части продуктов его превращения при радиолизе системы вода – нано-γ-Al2O3 – фенол.


Библиографическая ссылка

Курбанов М.А., Кулиева У.А., Абдуллаев Е.Т., Махмудов О.М., Искендерова З.И. РАДИОЛИЗ ВОДНОГО РАСТВОРА ФЕНОЛА В ПРИСУТСТВИИ НАНО-Y-AL2O3 // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 5-1. – С. 21-24;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=9174 (дата обращения: 29.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674