Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды

На примере обнаружения пероксидa водорода показана возможность генерации высокоактивных радикалов в различных типах воды (высокоомной, дистиллированной и водопроводной) при их обработке импульсным положительным коронным разрядом. Установлено влияние режима образования плазмы, продолжительности обраб...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Мамаенко, А.В., Доленко, С.А., Гончарук, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2016
Schriftenreihe:	Химия и технология воды
Schlagworte:	Физическая химия процессов обработки воды
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160825
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды / А.В. Мамаенко, С.А. Доленко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 5. — С. 467-474. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-160825
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1608252019-11-21T01:26:02Z Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды Мамаенко, А.В. Доленко, С.А. Гончарук, В.В. Физическая химия процессов обработки воды На примере обнаружения пероксидa водорода показана возможность генерации высокоактивных радикалов в различных типах воды (высокоомной, дистиллированной и водопроводной) при их обработке импульсным положительным коронным разрядом. Установлено влияние режима образования плазмы, продолжительности обработки и температуры раствора на выход пероксида водорода, а также на изменение некоторых физико-химических свойств исследованных образцов воды. На прикладі виявлення пероксиду водню показана можливість генерації високоактивних радикалів в різних типах вод (високоомній, дистильованій і водопровідній) при їх обробці імпульсним позитивним коронним розрядом. Встановлено вплив режиму утворення плазми, тривалість обробки і температури розчину на вихід пероксиду водню, а також зміну деяких фізико-хімічних властивостей досліджених зразків води. For example, the discovery of recombination radicals of water – hydrogen peroxide shows the possibility of the generating highly active radicals in different types of water (high-resistance, distilled and tap water) during their processing pulsed positive corona discharge. Established the influence of regime the formation of plasma, processing time and temperature of the solution on the formation of hydrogen peroxide, as well as the change certain physical and chemical properties of test samples of water. 2016 Article Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды / А.В. Мамаенко, С.А. Доленко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 5. — С. 467-474. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160825 546.212; 544.032; 541.515; 661.491 ru Химия и технология воды Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды
spellingShingle	Физическая химия процессов обработки воды Физическая химия процессов обработки воды Мамаенко, А.В. Доленко, С.А. Гончарук, В.В. Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды Химия и технология воды
description	На примере обнаружения пероксидa водорода показана возможность генерации высокоактивных радикалов в различных типах воды (высокоомной, дистиллированной и водопроводной) при их обработке импульсным положительным коронным разрядом. Установлено влияние режима образования плазмы, продолжительности обработки и температуры раствора на выход пероксида водорода, а также на изменение некоторых физико-химических свойств исследованных образцов воды.
format	Article
author	Мамаенко, А.В. Доленко, С.А. Гончарук, В.В.
author_facet	Мамаенко, А.В. Доленко, С.А. Гончарук, В.В.
author_sort	Мамаенко, А.В.
title	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды
title_short	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды
title_full	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды
title_fullStr	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды
title_full_unstemmed	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды
title_sort	влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Физическая химия процессов обработки воды
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160825
citation_txt	Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды / А.В. Мамаенко, С.А. Доленко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. — 2016. — Т. 38, № 5. — С. 467-474. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT mamaenkoav vliânieimpulʹsnogokoronnogorazrâdanaobrazovanieperoksidavodorodavraznyhtipahvody AT dolenkosa vliânieimpulʹsnogokoronnogorazrâdanaobrazovanieperoksidavodorodavraznyhtipahvody AT gončarukvv vliânieimpulʹsnogokoronnogorazrâdanaobrazovanieperoksidavodorodavraznyhtipahvody
first_indexed	2025-07-14T13:26:20Z
last_indexed	2025-07-14T13:26:20Z
_version_	1837629000514535424
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5 467 © А.В. Мамаенко, С.А. Доленко, В.В. Гончарук, 2016 УДК 546.212; 544.032; 541.515; 661.491 А.В. Мамаенко, С.А. Доленко, В.В. Гончарук ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО КОРОННОГО РАЗРЯДА НА ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА В РАЗНЫХ ТИПАХ ВОДЫ Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, г. Киев mamaenko_1407@ukr.net На примере обнаружения пероксидa водорода показана возможность генера- ции высокоактивных радикалов в различных типах воды (высокоомной, дис- тиллированной и водопроводной) при их обработке импульсным положитель- ным коронным разрядом. Установлено влияние режима образования плазмы, продолжительности обработки и температуры раствора на выход перокси- да водорода, а также на изменение некоторых физико-химических свойств исследованных образцов воды. Ключевые слова: гидроксильный радикал, импульсный положительный коронный разряд, пероксид водорода. Введение. К настоящему времени загрязнение природных вод достигло такого уровня, что существующие водопроводные очист- ные сооружения уже давно не в состоянии препятствовать попаданию в питьевую воду веществ, которые представляют реальную угрозу для здоровья человека [1]. Это приводит к необходимости поиска новых аль- тернативных технологий водообработки, использование которых позво- лило бы получить безопасную питьевую воду. Считается, что наиболее перспективными являются инновационные технологические схемы, получившие название Advanced Oxidation Processes (АОР). Суть которых заключается в окислении токсикантов генерированными высокореакци- онными частицами активированного кислорода, наиболее активными из которых являются •ОН-радикалы [1], способные окислять большин- ство органических соединений до углекислого газа и воды [2, 3]. Особо можно выделить использование вакуумного ультрафио- летового излучения [4] и электроплазменных методов [5]. Перспек- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5468 тивность данных методов обусловлена тем, что высокоактивные •ОН-радикалы образуются непосредственно в процессе обработки и не требуют использования дополнительных химических реагентов (окислителей, катализаторов) [6]. Так, благодаря энергии высоко- вольтного разряда происходит разложение молекул воды, кислорода и азота в воздухе. В результате плазменный поток, попадающий в раствор, состоит из радикалов Н•, ОН•, О•, NO x •, ионов NO+, NO 2 +, а также высоко энергетичных электронов и недиссоциированных молекул кислорода, пероксида водорода, азота и озона [7, 8]. Эффек- тивность внедрения указанных методов непосредственно связана с исследованиями, направленными на повышение выхода высокоак- тивных радикалов, образование которых априори должно зависеть от режима образования плазмы (величины тока, напряжения, рас- стояния между электродом и поверхностью вод), а также от физико- химических свойств водного раствора (температуры, рН среды, нали- чия микропримесей и др.). Цель данной работы – исследование влияния режима образова- ния импульсного коронного разряда, продолжительности обработки и температуры раствора на образование Н 2 О 2 , а также на изменение некоторых физико-химических свойств изученных образцов воды. Поскольку пока не существует способа детектирования непосред- ственно радикалов воды, разложение воды может наблюдаться только опосредованно через обнаружение продуктов рекомбинации радика- лов, например через пероксид водорода, что и было использовано в нашей работе. Методика эксперимента. В качестве объектов исследования выбраны образцы дистиллированной воды; деионизированной высо- коомной воды (не менее 18 мОМ⋅см при 25°С), полученной в результате очистки первой комбинацией обратного осмоса и ионного обмена, а также водопроводной воды г. Киева. Концентрацию Н 2 О 2 определяли по методике, основанной на окислении восстановленной формы фенолфталеина пероксидом водорода в присутствии ионов меди (II) в качестве катализатора [9]. Значения рН измеряли с помощью рН-метра рН-262, окислительно- восстановительный потенциал (ОВП) – прибором mV ORP, электро- проводность – портативным кондуктометром µS DIST 3. Оба прибора фирмы "HANNA". При определении оптической плотности раствора использовали спектрофотометр СФ-26. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5 469 При обработке образцов воды использовали импульсный поло- жительный коронный разряд через газовую фазу при напряжении 11 – 15 кВ и величине тока 150 – 350 μА . Расстояние между электро- дом и поверхностью жидкости – 15 мм. Схема установки приведена на рис. 1. Рис. 1. Схема установки: 1 – генератор плазмы, 2 – анод, 3 – катод, 4 – корпус реактора, 5 – обрабатываемая жидкость, 6, 7 – трубки для подачи и вывода газа из камеры реактора. Результаты и их обсуждение. На примере дистиллированной и водо- проводной вод изучено влияние режима образования электрического разряда, а именно величин тока и напряжения, на выход пероксида водорода. Показано, что с ростом величин тока и, соответственно, напряжения повышается концентрация пероксида водорода (рис. 2). Взаимосвязь этих величин представлена на рис. 2, а. Причем при пара- метрах электроразряда по току до ~150 мкА и напряжении ~ 11 кВ выход Н 2 О 2 незначительный. Кроме того, концентрация образовавше- гося пероксида водорода существенно зависит от продолжительности обработки раствора и типа воды. Для водопроводной воды концентра- ция нарабатываемого Н 2 О 2 в 10 – 30 раз ниже, чем для дистиллирован- ной. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5470 10 12 14 16 0 200 400 600 I, мкА U, кВ CН2О2, мкМ а 0 20 40 60 80 0 100 200 300 б 1 2 3 Рис. 2. Зависимость напряжения (а), концентрации Н 2 О 2 (б), образующегося при обработке плазмой образцов дистиллированной (1, 2) и водопроводной вод (3), от величины тока. Продолжительность обработки – 5 (1) и 10 мин (2, 3); Т – 16°С. Установлено, что исследованные характеристики влияют также на рН, электропроводность и ОВП (рис. 3). Как видно из рис. 3, а, при росте величины тока почти на две единицы уменьшается рН дистил- лированной воды, а для водопроводной – наблюдается незначитель- ный прирост (на 0,5 ед.). Уменьшение рН наиболее вероятно связано с образованием оксидов азота в зоне плазмы с их последующим раство- рением и естественным подкислением раствора за счет образования азотной и азотистой кислот. При этом существуют и другие гипотезы, которые, например, связывают данное явление с образованием син- глетного кислорода в плазме с дальнейшим его растворением в жид- кой фазе или с процессами неравновесного переноса компонентов раствора в газовую фазу, или с накоплением пероксидных и надперок- сидных соединений в растворе [10]. Малое изменение рН раствора для водопроводной воды связано, вероятно, с влиянием солей, а именно с образованием бикарбонат-карбонатного буферного раствора. Показано, что при обработке обоих типов воды наблюдается уве- личение электропроводности и величины ОВП (см. рис. 3, б, с). При этом электропроводность водопроводной воды изменяется незначи- тельно (см. рис. 3, б, кривая 3). Очевидно, увеличение ОВП, характе- ризующегося содержанием окисленных и восстановленных форм всех редокс-пар, присутствующих в растворе, и электропроводности (см. рис. 3, б) связано с растворением в воде окислителей, которые образу- ются в процессе разряда. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5 471 3 5 7 0 100 200 300 рН 2 3 a 0 20 40 60 80 100 200 300 1 1 1 2 3 б 100 200 300 400 0 100 200 300 E, mV 2 3 с I, мкА I, мкА µS Рис. 3. Зависимость рН (а), электропроводности (б) и ОВП (в) при обработке плазмой образцов дистиллированной (1, 2) и водопроводной вод (3) от величи- ны тока. Продолжительность обработки –5 (1) и 10 мин (2, 3); Т – 16°С. Установлено, что характер зависимости выхода Н 2 О 2 от температуры (рис. 4) также зависит от типа воды. При этом для дистиллированной и водопроводной вод наблюдается монотонный рост концентрации Н 2 О 2 в зависимости от температуры, причем для дистиллированной воды – незначительный (кривая 1), а для водопроводной – более существен- ный (кривая 3). В случае высокоомной воды выход Н 2 О 2 до ~ 20°С прак- тически не зависит от температуры. Дальнейший рост температуры до ~ 35°С приводит к резкому повышению концентрации Н 2 О 2 (более чем в ~1,5 раза). Так как пероксид водорода является продуктом химических реакций, которые происходят в растворе при воздействии коронного разряда, то его концентрация зависит от скорости этих реакций, кото- рые в свою очередь зависят от температуры. Для деионизированной высокоомной воды становится заметным вклад структурных измене- ний воды. Резкий скачок в наблюдаемой зависимости может быть свя- зан с существенным увеличением доли свободных молекул воды при > 35°С [11, 12]. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5472 0 20 40 60 20 40 T, °C 1 2 3 CН2О2, мкМ Рис. 4. Зависимость концентрации Н 2 О 2 , образующегося при обработке плаз- мой образцов дистиллированной (1), высокоомной (2) и водопроводной вод (3) от температуры. Продолжительность обработки – 5 (1, 2) и 10 мин (3); I – 300 мкА; U – 15 кВ. Более наглядным примером влияния плазмы на разные типы воды являются кинетические кривые, представленные на рис. 5. Из рис. 5, а видно, что наибольшее количество Н 2 О 2 образуется в дистиллирован- ной воде (кривая 1), а наименьшее – в водопроводной (кривая 3). Это указывает на то, что добавки солей могут как снижать (случай с водо- проводной), так и повышать (случай с дистиллированной водой) кон- центрацию Н 2 О 2 . Кроме того, в присутствии солей может изменяться и рН (см. рис. 5, а): увеличиваться в случае водопроводной или умень- шаться в случае дистиллированной и высокоомной вод. 0 10 20 30 0 10 20 30 1 2 3 бCН2О2, мкМ 3 4 5 6 0 10 20 30 мин рН 7 7,4 7,8 1 2 3 а Рис. 5. Зависимость концентрации Н 2 О 2 (a), образующегося при обработке плазмой образцов дистиллированной (1), высокоомной (2) и водопроводной вод (3), а также рН (б) от времени. I – 150 мкА; U – 11 кВ; Т – 16°С. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5 473 Выводы. Установлено, что режимы образования плазмы, продол- жительность обработки и температура раствора влияют на образование активных форм, а также на некоторые физико-химические свойства исследованных образцов воды. Показано, что отмеченные характе- ристики зависят и от типа воды, что может быть связано с влиянием солей. Авторы благодарны А.О. Самсоний-Тодорову и В.А. Яременко за предоставленную возможность работать на плазменной установке. Резюме. На прикладі виявлення пероксиду водню показана можливість генерації високоактивних радикалів в різних типах вод (високоомній, дистильованій і водопровідній) при їх обробці імпуль- сним позитивним коронним розрядом. Встановлено вплив режиму утворення плазми, тривалість обробки і температури розчину на вихід пероксиду водню, а також зміну деяких фізико-хімічних властивостей досліджених зразків води. A.V. Mamaenko, S.A. Dolenko, V.V. Goncharuk THE INFLUENCE OF PULSE CORONA DISCHARGE ON FORMATION OF HYDROGEN PEROXIDE IN DIFFERENT TYPES OF WATER Summary For example, the discovery of recombination radicals of water – hydrogen peroxide shows the possibility of the generating highly active radicals in different types of water (high-resistance, distilled and tap water) during their processing pulsed positive corona discharge. Established the influence of regime the formation of plasma, processing time and temperature of the solution on the formation of hydrogen peroxide, as well as the change certain physical and chemical properties of test samples of water. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2016, т.38, №5474 Список использованной литературы [1] Гончарук В.В. Наука о воде. – К.: Наук. думка, 2010. – 511 с. [2] Oppenlander T. Photochemical purification of water and air, Advanced Oxidation Processes (AOP): principles, reaction mechanisms, reactor concepts. – Weinheim : Wiley-VCH, 2003. – 368 p. [3] Stasinakis A.S. // Global NEST J. – 2008. – 10, N3. – P. 376 – 385. [4] Зверева Г.Н. // Оптический журн. – 2012. – 79, № 8 . – С. 45 – 54. [5] Гончарук В.В., Мамченко А.В., Клименко Н.А. Перспективы развития фун- даментальних и прикладных исследований в области физики, химии и биологии воды. – К.: Наук. думка, 2011. – 407 с. [6] Goncharuk V.V., Vakulenko V.F., Shvadchina Yu.O., Sova A.N., Sitnichenko T.N., Kalinichenko I.E. // J. Water Chem. and Technol. – 2008. – 30, N 6. – P. 335 – 343. [7] Разумовский С.Д., Заиков Г.Е. Озон и его реакции с органическими сое- динениями (кинетика и механизм). – М.: Наука, 1974. – 322 с. [8] Chernyak V.Ya., Tarasova Ya.B., Trofimchuk V.A. et al. // J. Water Chem. and Technol. – 2002. – 24, N 6. – P. 31 – 38. [9] Бишоп Э. Индикаторы / Пер. с англ; под ред. И.Н. Марова. – В 2-х т. – М.: Мир, 1976. – Т. 1. – 496 с. [10] Кузьмичева Л.А. Титова Ю.В., Максимов А.И. // Электрон. обраб. материа- лов. – 2006. – № 3. – С. 148 – 152. [11] Давыдов А.С. Биология и квантовая механика. – К.: Наук. думка. – 1979. – 296 с. [12] Гончарук В.В., Орехова Е.А., Маляренко В.В. // Укр. хим. журн. – 2009. – 75, № 6. – С. 80 – 85. Поступила в редакцию 18.02.2016 г.

Влияние импульсного коронного разряда на образование пероксида водорода в разных типах воды

Institution

Ähnliche Einträge