Кавітаційне очищення стічних вод від азобарвників
Автор: Рибчак Михайло Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Хімічні технології та інженерія (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Понад 50 % від загального обсягу виробництва барвників становить виробництво азобарвників. Азобарвники є добре розчинними у воді сполуками, однак важко піддаються біодеградації. За фізіологічною дією на водні екосистеми та людський організм азобарвники класифікують як потенційні канцерогени та мутагени. Тому розроблення нових технологічних процесів очищення водних середовищ від азобарвників є актуальним науковим завданням. До основних недоліків традиційних фізико-хімічних методів видалення барвників зі стічних вод належать їх висока вартість та низький ступінь мінералізації забруднювачів. Як альтернативу для цих методів на сьогодні все частіше розглядають передові процеси окиснення. Суть використання передових процесів окиснення полягає у генеруванні високореакційноздатних радикалів, насамперед гідроксильних, які відіграють ключову роль в окиснювальній деградації азобарвників. Одними з найменш досліджених окиснювальних агентів, які застосовують у передових процесах окиснення, є перйодати. Реакції окиснення, які ініційовані перйодат-йоном, є селективними і повільнішими, ніж реакції окиснення, у яких беруть участь гідроксильні радикали. Тому для забезпечення генерування комплексу потужних окисників (гідроксильних, йодильних, перйодильних радикалів, синглетного кисню тощо), які зумовлюватимуть мінералізацію азобарвників, перйодати необхідно активувати. Об’єкт дослідження – активовані ультразвуковою кавітацією передові процеси окиснення азобарвників на основі перйодатів. Предмет дослідження – фізико-хімічні закономірності процесів активації перйодатів гідрогену пероксидом та йонами Fe2+. Мета дослідження – визначення раціональних реагентного та енергетичного режимів кавітаційно активованих передових процесів окиснення на основі перйодатів (ультразвукова кавітація/H2O2/KIO4 та ультразвукова кавітація/KIO4/FeSO4), оцінювання їх ефективності за значеннями ступеня очищення та синергетичного коефіцієнта. Методи активації перйодатів класифіковано на методи гомогенної активації (активація ультрафіолетовим (УФ) випромінюванням (фотоліз), в ультразвуковому (УЗ) полі (соноліз), мікрохвилями (МХ), термічна активація й активація гідрогену пероксидом). Розроблено нові передові процеси окиснення на основі перйодатів – ультразвукова кавітація/H2O2/KIO4 та ультразвукова кавітація/KIO4/FeSO4 для деградації відповідно моноазобарвника метилового оранжевого та диазобарвника конго червоного. Встановлено раціональні реагентний та енергетичний режими розроблених процесів, оцінено їх ефективність за значеннями ступеня очищення та синергетичного коефіцієнта. Методами UV/Vis- та ІЧ-спектроскопії підтверджено руйнування хромофорних груп та ароматичної структури азобарвників, що свідчило про мінералізацію останніх. Запропоновано принципові технологічні схеми розроблених процесів, сформульовано рекомендації щодо їх апаратурного оформлення. Розроблено основні заходи з техніки безпеки та охорони праці. Виконано узагальнені техніко-економічні розрахунки етапу експериментальних досліджень. Ключові слова – азобарвник, кавітація, ультразвук, перйодати, активація, передові процеси окиснення, стічна вода, метиловий оранжевий, конго червоний.