RU2347611C1 - Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment - Google Patents

Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment Download PDF

Info

Publication number
RU2347611C1
RU2347611C1 RU2007125495/04A RU2007125495A RU2347611C1 RU 2347611 C1 RU2347611 C1 RU 2347611C1 RU 2007125495/04 A RU2007125495/04 A RU 2007125495/04A RU 2007125495 A RU2007125495 A RU 2007125495A RU 2347611 C1 RU2347611 C1 RU 2347611C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fenton
catalyst
perovskite
carried out
heterogeneous
Prior art date
Application number
RU2007125495/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Диана САННИНО (IT)
Диана САННИНО
Паоло ЧИАМБЕЛЛИ (IT)
Паоло ЧИАМБЕЛЛИ
Массимо РИЧАРДИ (IT)
Массимо РИЧАРДИ
Любовь Александровна Исупова (RU)
Любовь Александровна Исупова
Original Assignee
Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук filed Critical Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority to RU2007125495/04A priority Critical patent/RU2347611C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2347611C1 publication Critical patent/RU2347611C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: present invention is an efficient heterogeneous photocatalytic Fenton system for neutralisation of organic impurities in sewage water using heterogeneous catalysts, based on powdered or textured perovskite at room temperature and atmospheric pressure. The system is used for decomposing acetic acid, methyl-tert-butyl-ether (MTBE), methanol, ethanol, their mixtures and wine production wastes. Organic substances are removed through oxidation to gaseous CO2. The effect of H2O2 concentration and pH is established. Further increase in efficiency of treatment is achieved through dosed supply of H2O2. The heterogeneous photocatalytic Fenton system allows for widening the operating pH range (2-8) compared to a homogeneous system (pH 2-4) without precipitation.
EFFECT: increased efficiency of treatment and widening of the operating range.
15 cl, 10 ex, 4 tbl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к процессам обезвреживания сточных вод с использованием фотокаталитической системы Фентона. Фотокаталитическое разложение органических загрязнений с использованием фотокаталитической системы Фентона может быть более эффективным при проведении процесса в гетерогенном режиме и становится важным для современных окислительных технологий (СОТ).The invention relates to wastewater treatment processes using a Fenton photocatalytic system. Photocatalytic decomposition of organic pollutants using the Fenton photocatalytic system can be more effective when the process is carried out in a heterogeneous mode and becomes important for modern oxidative technologies (COT).

Гомогенная фотокаталитическая система Фентона (H2O2+Fe+hν) широко исследована и описана в литературе как перспективный метод обезвреживания сточных вод (Hislop, К. and Bolton, J. (1999). Environ. Sci. Technol., 33, 3119-3126; Trapido, M., Kallas, J. (2000). Environ. Technol. 21, 799-808; Vicente, J., Rosal, R. and Diaz, M. (2002). Ind. Eng. Chem. Res., 41, 46-51; Kavitha, V., Palanivelu, K. (2004). Chemosphere 55, 1235-1243). Основным недостатком такой системы является необходимость проведения реакций в кислой среде (рН<3) и сложность отделения осадка, содержащего после обработки ионы Fe.Fenton's homogeneous photocatalytic system (H 2 O 2 + Fe + hν) has been extensively studied and described in the literature as a promising method for wastewater treatment (Hislop, K. and Bolton, J. (1999). Environ. Sci. Technol., 33, 3119 -3126; Trapido, M., Kallas, J. (2000). Environ. Technol. 21, 799-808; Vicente, J., Rosal, R. and Diaz, M. (2002). Ind. Eng. Chem. Res., 41, 46-51; Kavitha, V., Palanivelu, K. (2004). Chemosphere 55, 1235-1243). The main disadvantage of such a system is the need for reactions in an acidic medium (pH <3) and the difficulty of separating the precipitate containing Fe ions after treatment.

Хорошей альтернативой гомогенной фотокаталитической системе Фентона может быть гетерогенный фотокатализ. Эффективность систем сопоставляется с помощью измерения разложения уксусной кислоты в разных экспериментальных условиях. Проводились исследования гетерогенных фотокаталитических систем Фентона, в частности Fe на цеолите HY, для разложения поливинилового спирта (Bossmann, S.H., Oliveros, E., Gob, S., Kantor, M., Goppert, A., You, L., Yue, P.L., Braun, A.M. (2001), Water Sci. Technol. 44 (5), 257.262). Также сообщалось об исследованиях мембран Nafion с закрепленными ионами Fe как фотокатализаторов для разложения органических примесей (Maletzky, P.; Bauer, R.; Lahnsteiner, J.; Pouresmael, В. (1999) Chemosphere, 38 (10), 2315-2325; Sabhi and Kiwi (2001). Water Research 35 (8), 1994-2001); глин, бентонитов и лапонитов с закрепленными ионами Fe для обезвреживания азокрасителя Orange II (Feng, J.; Hu, X.; Yue, P.L. (2005). Water Research 39, 89.96).A good alternative to Fenton's homogeneous photocatalytic system can be heterogeneous photocatalysis. The effectiveness of the systems is compared by measuring the decomposition of acetic acid under different experimental conditions. Studies of heterogeneous Fenton photocatalytic systems, in particular Fe on zeolite HY, for the decomposition of polyvinyl alcohol (Bossmann, SH, Oliveros, E., Gob, S., Kantor, M., Goppert, A., You, L., Yue, PL, Braun, AM (2001), Water Sci. Technol. 44 (5), 257.262). Studies of Nafion membranes with fixed Fe ions as photocatalysts for the decomposition of organic impurities have also been reported (Maletzky, P .; Bauer, R .; Lahnsteiner, J .; Pouresmael, B. (1999) Chemosphere, 38 (10), 2315-2325; Sabhi and Kiwi (2001). Water Research 35 (8), 1994-2001); clay, bentonite and laponite with fixed Fe ions for neutralizing the azo dye Orange II (Feng, J .; Hu, X .; Yue, P. L. (2005). Water Research 39, 89.96).

Наиболее близким является использование мембран Nafion с закрепленными ионами Fe как фотокатализаторов для разложения органических примесей (Maletzky, Р.; Bauer, R.; Lahnsteiner, J.; Pouresmael, В. (1999) Chemosphere, 38 (10), 2315-2325; Sabhi and Kiwi (2001). Water Research 35 (8), 1994-2001).The closest is the use of Nafion membranes with fixed Fe ions as photocatalysts for the decomposition of organic impurities (Maletzky, P .; Bauer, R .; Lahnsteiner, J .; Pouresmael, B. (1999) Chemosphere, 38 (10), 2315-2325; Sabhi and Kiwi (2001). Water Research 35 (8), 1994-2001).

Недостатком является нестабильность катализатора в кислых средах и низкая степень конверсии.The disadvantage is the instability of the catalyst in acidic environments and a low degree of conversion.

Изобретение направлено на разработку гетерогенного фотокаталитического процесса Фентона для очистки сточных вод с использованием экологически безопасных катализаторов с высокой стабильностью и высокой степенью конверсии.The invention is directed to the development of a heterogeneous Fenton photocatalytic process for wastewater treatment using environmentally friendly catalysts with high stability and a high degree of conversion.

Другой задачей изобретения является обеспечение более полного разложения примесей в гетерогенной фотокаталитической системе по сравнению с гомогенной фотокаталитической системой Фентона, а также обеспечение управляемости разложением на основе анализа состава газа, выделяемого во время фотоокисления.Another object of the invention is to provide a more complete decomposition of impurities in a heterogeneous photocatalytic system compared to a Fenton homogeneous photocatalytic system, as well as to ensure controllability of decomposition based on an analysis of the composition of the gas released during photooxidation.

Наконец, изобретение позволяет регенерировать катализатор с невысокими затратами без образования осадков.Finally, the invention allows the regeneration of the catalyst at a low cost without the formation of precipitation.

Сущностью изобретения является применение стабильного гетерогенного перовскитсодержащего фотокатализатора Фентона для разложения вредных промышленных выбросов, в том числе для разложения бионеразлагаемых органических соединений.The essence of the invention is the use of a stable heterogeneous perovskite-containing Fenton photocatalyst for the decomposition of harmful industrial emissions, including the decomposition of biodegradable organic compounds.

Задача решается двумя вариантами состава катализатора.The problem is solved by two options for the composition of the catalyst.

По первому варианту.According to the first option.

Катализатор для гетерогенного фотокаталитического процесса Фентона для очистки сточных вод, в том числе от бионеразлагаемых органических соединений, представляет собой порошок или монолит, содержащий перовскит LnFeO3, где Ln=La, Се, Pr, Nd, Sm, и структурообразующую добавку или связующее.The catalyst for the Fenton heterogeneous photocatalytic process for wastewater treatment, including biodegradable organic compounds, is a powder or monolith containing perovskite LnFeO 3 , where Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm, and a structure-forming additive or binder.

Содержание перовскита в катализаторе составляет 2,0-90,0 мас.%, остальное - структурообразующая добавка (связующее), в качестве которой он содержит оксид алюминия (Al2O3).The perovskite content in the catalyst is 2.0-90.0 wt.%, The rest is a structure-forming additive (binder), in which it contains aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

Содержание перовскита предпочтительно 45,0-90,0 мас.%, лучше всего 48,0-88,0 мас.%.The perovskite content is preferably 45.0-90.0 wt.%, Best of all 48.0-88.0 wt.%.

Массивный катализатор в виде порошка или монолита готовят методом смешения.A massive catalyst in the form of a powder or a monolith is prepared by mixing.

По второму варианту.According to the second option.

Катализатор для гетерогенного фотокаталитического процесса Фентона для очистки сточных вод, в том числе от бионеразлагаемых органических соединений, представляет собой перовскит LaMeO3, или Pt/LaMeO3, где Me=Mn, Co, Fe, Ni, Cu, нанесенный на структурированный носитель, например кордиерит в виде блоков сотовой структуры, пену на основе оксида алюминия или карбид кремния (SiC).The catalyst for the Fenton heterogeneous photocatalytic process for wastewater treatment, including biodegradable organic compounds, is perovskite LaMeO 3 , or Pt / LaMeO 3 , where Me = Mn, Co, Fe, Ni, Cu, supported on a structured support, for example cordierite in the form of honeycomb blocks, alumina-based foam or silicon carbide (SiC).

Содержание перовскита в нанесенном катализаторе составляет 2,0-30,0 мас.%, предпочтительно 3,0-10,0 мас.%, наиболее предпочтительно 4,0 мас.%.The perovskite content in the supported catalyst is 2.0-30.0 wt.%, Preferably 3.0-10.0 wt.%, Most preferably 4.0 wt.%.

Содержание платины в нанесенном катализаторе составляет 0,05-10,0 мас.%, предпочтительно 0,05-3,0 мас.% и наиболее предпочтительно 0,1 мас.%.The platinum content in the supported catalyst is 0.05-10.0 wt.%, Preferably 0.05-3.0 wt.% And most preferably 0.1 wt.%.

Нанесенные катализаторы готовят нанесением перовскита LaMeO3 или Pt/LaMeO3 на структурированный носитель, например кордиерит в виде блоков сотовой структуры, пену на основе оксида алюминия или SiC.The supported catalysts are prepared by applying perovskite LaMeO 3 or Pt / LaMeO 3 onto a structured support, for example cordierite in the form of honeycomb blocks, foam based on alumina or SiC.

Благородный металл (Pt) наносят пропиткой из раствора платинохлористоводородной соли на кордиеритовую подложку, либо чистую, либо с предварительно нанесенным перовскитом. После нанесения платины образцы либо сушились на воздухе, либо подвергались обработке гидразингидратом перед сушкой.The noble metal (Pt) is applied by impregnation from a solution of platinum chloride salt on a cordierite substrate, either pure or with pre-applied perovskite. After platinum was applied, the samples were either dried in air or subjected to hydrazine hydrate treatment before drying.

Не исследовались структурированные фотокатализаторы Фентона для окисления.Fenton's structured photocatalysts for oxidation have not been investigated.

Не изучалось применение перовскитов для фотоокисления Фентона.The use of perovskites for Fenton photooxidation has not been studied.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг.1 представляет схему однопроходного реактора для фотокаталитического окисления Фентона.Figure 1 is a diagram of a single-pass reactor for photocatalytic oxidation of Fenton.

Обезвреживание загрязнений достигается за один проход обезвреживаемых вод и измельченного до порошка катализатора через область реактора, облучаемого светом. Загрязненная вода через датчик расхода поступает в фотореактор, затем катализатор отделяется и вновь поступает в реактор, а очищенная вода выходит из системы.Pollution neutralization is achieved in one pass of the neutralized water and the catalyst crushed to powder through the region of the reactor irradiated with light. The contaminated water through the flow sensor enters the photoreactor, then the catalyst is separated and again enters the reactor, and the purified water leaves the system.

Фиг.2 представляет схему периодического реактора для фотокаталитического окисления Фентона.Figure 2 is a diagram of a batch reactor for photocatalytic oxidation of Fenton.

Реактор работает следующим образом. Загрязненная вода собирается в накопителе, затем она циркулирует через фотореактор и после очистки сливается из накопителя.The reactor operates as follows. Contaminated water is collected in the reservoir, then it circulates through the photoreactor and, after cleaning, is drained from the reservoir.

Фиг.3 представляет схему лабораторной установки для фотокаталитического окисления Фентона.Figure 3 is a diagram of a laboratory setup for photocatalytic oxidation of Fenton.

Установка работает следующим образом. В реактор со структурированным катализатором, освещаемым ртутной лампой, заливается раствор, через который подают воздух. Температура раствора контролируется термопарой. Выделяющиеся продукты окисления органических примесей (СО и CO2) после осушки отходящего газа анализируются газоанализаторами. Отбор жидкой пробы на анализ производится из циркуляционного контура.Installation works as follows. In a reactor with a structured catalyst illuminated by a mercury lamp, a solution is poured through which air is supplied. The temperature of the solution is controlled by a thermocouple. The released products of the oxidation of organic impurities (CO and CO 2 ) after drying the exhaust gas are analyzed by gas analyzers. A liquid sample is taken for analysis from a circulation circuit.

Фиг.4. представляет фотокаталитическое окисление Фентона в потоке азота на нанесенном катализаторе - LaMnO3 (3,67%) на кордиерите.Figure 4. represents the photocatalytic oxidation of Fenton in a nitrogen stream on a supported catalyst — LaMnO 3 (3.67%) on cordierite.

По оси ординат степень разложения уксусной кислоты (левая ось, %) и степень разложения перекиси (правая ось, %), по оси абсцисс - время реакции (час). Условия эксперимента: V суммарный 100 мл; mкат=4,9 г; С0CH3COOH=0,021 моль/л; C0H2O2=0,083 моль/л; Р=1 атм; Т=25°С; рН-3,9, QN2=250 см3/мин.The degree of decomposition of acetic acid (left axis,%) and the degree of decomposition of peroxide (right axis,%) along the ordinate axis, the reaction time (hour) along the abscissa. Experimental conditions: V total 100 ml; m cat = 4.9 g; C 0 CH3COOH = 0.021 mol / L; C 0 H2O2 = 0.083 mol / L; P = 1 atm; T = 25 ° C; pH-3.9; Q N2 = 250 cm 3 / min.

Фиг.5 представляет изменение концентрации двуокиси углерода (ось ординат), образующегося при фотокаталитическом окислении Фентона в потоке азота на нанесенном катализаторе - LaMnO3 (3,67%) на кордиерите - от времени (ось абсцисс, мин). Условия эксперимента: V суммарный 100 мл; mкат=4,9 г; С0CH3COOH=0,021 моль/л; С0H2O2=0,083 моль/л; Р=1 атм; Т=25°С; рН=3,9, QN2=250 см3/мин.Figure 5 represents the change in the concentration of carbon dioxide (ordinate axis) formed during the photocatalytic oxidation of Fenton in a nitrogen stream on a supported catalyst — LaMnO 3 (3.67%) on cordierite — versus time (abscissa, min). Experimental conditions: V total 100 ml; m cat = 4.9 g; C 0 CH3COOH = 0.021 mol / L; C 0 H2O2 = 0.083 mol / L; P = 1 atm; T = 25 ° C; pH = 3.9; Q N2 = 250 cm 3 / min.

Каталитическую активность исследуют с использованием уксусной кислоты в качестве модельного соединения. Оптимальные условия реакции определяют, изменяя экспериментальные характеристики.The catalytic activity is investigated using acetic acid as a model compound. Optimal reaction conditions are determined by changing the experimental characteristics.

Присутствие перовскита оказывает благоприятное влияние на процесс фоторазложения примесей благодаря адсорбции молекул загрязнителя на поверхности катализатора, таким образом облегчая их выведение с помощью гидроксильных радикалов, образующихся при фоторазложении Н2О2.The presence of perovskite has a beneficial effect on the photodegradation of impurities due to the adsorption of pollutant molecules on the surface of the catalyst, thereby facilitating their excretion using hydroxyl radicals formed during the photodecomposition of H 2 O 2 .

Используют два варианта катализаторов:Two types of catalysts are used:

а) массивный (ненанесенный) катализатор, который готовят смешением порошков смешанных оксидов, содержащих перовскит LnMeO3, оксиды лантаноидов (например, La, Се, Nd, Pr, Sm и т.д.) и переходного металла (Me=Fe) со связующим (или структурообразующей добавкой) на основе оксида алюминия в кислой среде с последующей экструзией пластичной массы в виде монолитов (блоков сотовой структуры), сушкой при Т=120°С и прокаливанием при Т=900°С в течение 4 ч с общей формулой LnMeO3·nAl2О3, где n изменяется в пределах от 10 до 98%. Каталитическую активность LnFeO3 содержащего катализатора исследуют с использованием уксусной кислоты в качестве модельного соединения. Оптимальные условия реакции определяют, изменяя экспериментальные характеристики;a) a massive (non-supported) catalyst, which is prepared by mixing powders of mixed oxides containing perovskite LnMeO 3 , lanthanide oxides (e.g. La, Ce, Nd, Pr, Sm, etc.) and a transition metal (Me = Fe) with a binder (or a structure-forming additive) based on aluminum oxide in an acidic medium followed by extrusion of a plastic mass in the form of monoliths (honeycomb blocks), drying at T = 120 ° C and calcination at T = 900 ° C for 4 hours with the general formula LnMeO 3 · NAl 2 About 3 , where n varies from 10 to 98%. The catalytic activity of the LnFeO 3 -containing catalyst was investigated using acetic acid as a model compound. The optimal reaction conditions are determined by changing the experimental characteristics;

б) нанесенный катализатор готовят нанесением активной фазы на огнеупорный сотовый носитель (кордиерит) или пену на основе оксида алюминия или SiC. Перовскиты (LaMeO3), где Me=Mn и/или Со, и/или Fe, и/или Ni, и/или Cu готовят пропиткой носителей растворами азотнокислых солей металлов в этиленгликоле с добавками лимонной кислоты. Образцы вынимают из раствора, сушат на воздухе и прокаливают при 900°С в течение 4 ч. Нанесенный катализатор может дополнительно содержать платину, которую дополнительно наносят из H2PtCl6 после нанесения перовскита. После нанесения платины образцы либо сушат на воздухе, либо до сушки подвергают обработке гидразингидратом или другими восстановителями.b) the supported catalyst is prepared by applying the active phase to a refractory honeycomb carrier (cordierite) or foam based on aluminum oxide or SiC. Perovskites (LaMeO 3 ), where Me = Mn and / or Co, and / or Fe, and / or Ni, and / or Cu are prepared by impregnating carriers with solutions of metal nitrate salts in ethylene glycol with citric acid additives. Samples are removed from the solution, dried in air and calcined at 900 ° C for 4 hours. The supported catalyst may additionally contain platinum, which is additionally applied from H 2 PtCl 6 after perovskite is applied. After platinum is applied, the samples are either dried in air or subjected to hydrazine hydrate or other reducing agents before drying.

Задача решается также способом проведения/осуществления гетерогенного фотокаталитического процесса Фентона для разложения сточных вод, содержащих бионеразлагаемые органические соединения, такие как уксусная кислота, и, в общем случае, органические загрязнения сточных вод с использованием описанных выше катализаторов, в том числе при дозированной подаче Н2O2 во время процесса. Дозированная подача способствует более полному разложению органических примесей.The problem is also solved by the method of conducting / implementing the heterogeneous Fenton photocatalytic process for the decomposition of wastewater containing biodegradable organic compounds, such as acetic acid, and, in general, organic wastewater pollution using the catalysts described above, including with a metered supply of H 2 O 2 during the process. Dosed feed contributes to a more complete decomposition of organic impurities.

Процесс Фентона проводят при комнатной температуре и атмосферном давлении.The Fenton process is carried out at room temperature and atmospheric pressure.

Также его можно проводить при повышенных температуре и давлении.It can also be carried out at elevated temperature and pressure.

Процесс осуществляют при рН больше 5.The process is carried out at pH greater than 5.

Сточные воды могут содержать уксусную кислоту, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), этанол, метанол, их смеси, отходы виноделия.Wastewater may contain acetic acid, methyl tert-butyl ether (MTBE), ethanol, methanol, mixtures thereof, winemaking waste.

Процесс осуществляют в трубчатом облучаемом фотореакторе Фентона с закрепленным слоем и рециркуляцией, или в однопроходном реакторе непрерывного действия, или периодического действия, или непрерывно-рециркуляционном.The process is carried out in a tubular irradiated Fenton photoreactor with a fixed layer and recirculation, or in a single-pass reactor of continuous action, or periodic action, or continuous-recirculation.

Постепенное добавление Н2О2 осуществляют введением малых объемов концентрированного раствора Н2O2 через каждый час.The gradual addition of H 2 O 2 is carried out by introducing small volumes of a concentrated solution of H 2 O 2 every hour.

Постепенное добавление Н2О2 можно осуществлять непрерывным введением концентрированного раствора Н2О2.The gradual addition of H 2 O 2 can be carried out by the continuous introduction of a concentrated solution of H 2 O 2 .

Для аппаратурного оформления фотокаталитической реакции Фентона требуется технически простое оборудование.Fenton's photocatalytic reaction hardware requires technically simple equipment.

Для осуществления фотокаталитической реакции Фентона могут применяться суспензионные реакторы с взвесью частиц катализатора в загрязненной воде.For the implementation of the Fenton photocatalytic reaction, suspension reactors with a suspension of catalyst particles in contaminated water can be used.

Такая система обладает следующими основными достоинствами:Such a system has the following main advantages:

- высокая дисперсность катализатора, частицы которого обладают развитой поверхностью;- high dispersion of the catalyst, the particles of which have a developed surface;

- хорошее равномерное облучение катализатора;- good uniform irradiation of the catalyst;

- эффективный перенос разлагаемых веществ к поверхности катализатора.- effective transfer of decomposable substances to the surface of the catalyst.

Далее необходимо отделить продукт (очищенную воду) от частиц катализатора, для чего нужны дополнительные отстойники и фильтры.Next, it is necessary to separate the product (purified water) from the catalyst particles, for which additional sumps and filters are needed.

Для осуществления фотокаталитической реакции Фентона могут использоваться также реакторы с неподвижным слоем перовскитсодержащего катализатора в виде таблеток, блоков сотовой структуры или пены, или тонких пленок, закрепленных на механически проницаемых носителях. В этом случае нет необходимости применения сепараторов. Более того, такой реактор может быть:For the implementation of the Fenton photocatalytic reaction, reactors with a fixed layer of a perovskite-containing catalyst in the form of tablets, honeycomb blocks or foams, or thin films fixed on mechanically permeable carriers can also be used. In this case, there is no need to use separators. Moreover, such a reactor may be:

- однопроходным непрерывного действия;- single pass continuous operation;

- периодического действия;- periodic action;

- непрерывный рециркуляционный.- continuous recirculation.

В однопроходном реакторе (Фиг.1) обезвреживание загрязнений достигается за один прохода сточных вод через область реактора, облучаемого светом. В этом случае необходимо оптимизировать управление объемной скоростью воды, чтобы уменьшить длину реактора.In a single-pass reactor (Figure 1), the neutralization of pollution is achieved in one pass of wastewater through the area of the reactor irradiated with light. In this case, it is necessary to optimize the control of the space velocity of water in order to reduce the length of the reactor.

В периодическом реакторе (Фиг.2) загрязненная вода хранится в резервуаре и непрерывно рециркулирует через фотореактор.In the batch reactor (FIG. 2), the contaminated water is stored in the tank and is continuously recycled through the photoreactor.

Реакционный блок на Фиг.3 представляет собой трубчатый герметичный реактор со структурированным закрепленным слоем облучаемого катализатора.The reaction block in figure 3 is a tubular sealed reactor with a structured fixed layer of irradiated catalyst.

В реакционной системе используют источник УФ-излучения с длиной волны, большей или равной 254 нм. Оценивают каталитическую активность в разложении уксусной кислоты, метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ, СН3ОС(СН3)3), метанола, этанола, их смесей и синтетических сточных вод виноделия (используют разбавленное красное вино «Кьянти»). Далее исследуют влияние дозированной подачи H2O2 и рН на фотокаталитическую реакцию Фентона.A UV radiation source with a wavelength greater than or equal to 254 nm is used in the reaction system. The catalytic activity in the decomposition of acetic acid, methyl tert-butyl ether (MTBE, СН 3 ОС (СН 3 ) 3 ), methanol, ethanol, their mixtures and synthetic wine-making wastewater is evaluated (diluted Chianti red wine is used). Next, the effect of the dosed supply of H 2 O 2 and pH on the Fenton photocatalytic reaction is investigated.

Полученные результаты явно указывают на то, что наиболее эффективным в фотокаталитической реакции Фентона по сравнению с гомогенной реакцией является катализатор на основе LaFeO3.The obtained results clearly indicate that the catalyst based on LaFeO 3 is the most effective in the photocatalytic Fenton reaction in comparison with a homogeneous reaction.

Более высокая скорость реакции указывает на активность перовскита. Более того, гетерогенный способ проведения фотокаталитической реакции Фентона обеспечивает более широкой диапазон рН реакции по сравнению с узким рН, характерным для гомогенной реакции. При этом установлено незначительное вымывание металлов из перовскита после использования в процессе.A higher reaction rate indicates perovskite activity. Moreover, the heterogeneous method of the Fenton photocatalytic reaction provides a wider pH range of the reaction compared to the narrow pH characteristic of a homogeneous reaction. In this case, a slight leaching of metals from perovskite after use in the process was established.

Для исследования каталитической активности фотокатализатора Фентона фрагмент нанесенного на кордиерит блочного сотового катализатора (2,5 г) на основе LaFeO3 (2,24 мас.%) помещают в 100 мл раствора уксусной кислоты (0,021 моль/л, суммарное содержание органического углерода (СОУ)=500 мг/л) и перекиси водорода (0,083 моль/л) (в молярном отношении Н2O2/СН3СООН=4) под лампой в герметичном фотореакторе из нержавеющей стали. Газ, выделяемый во время реакции из герметичного фотореактора, анализируют с целью установления степени разложения. Исходный рН раствора равен 3,9.To study the catalytic activity of the Fenton photocatalyst, a fragment of the block honeycomb supported catalyst (2.5 g) based on LaFeO 3 (2.24 wt.%) Was placed in 100 ml of acetic acid solution (0.021 mol / L, total organic carbon content (СОУ) ) = 500 mg / L) and hydrogen peroxide (0.083 mol / L) (in a molar ratio of H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4) under a lamp in a sealed stainless steel photoreactor. The gas released during the reaction from the sealed photoreactor is analyzed to determine the degree of decomposition. The initial pH of the solution is 3.9.

До начала экспериментов с облучением раствор пропускают через реактор без облучения в течение 10 мин. Затем раствор облучают УФ-светом с помощью ртутной лампы мощностью 8 Вт. Образцы для анализа отбирают очень малыми порциями (500 µл) через равные интервалы времени. Отобранные образцы отфильтровывают и анализируют на общее содержание органического углерода (СОУ) методом сжигания при Т=850°С. Для анализа содержания Н2O2 используется спектрофотометрический анализ в ультафиолетовой и видимой областях (UV-Vis) на комплекс H2O2/TiOSO4 (λ=405 нм), выполняемый на спектрометре Perkin-Elmer лямбда 35.Before starting experiments with irradiation, the solution was passed through the reactor without irradiation for 10 minutes. The solution is then irradiated with UV light using an 8 W mercury lamp. Samples for analysis are taken in very small batches (500 μl) at regular intervals. The selected samples are filtered off and analyzed for the total content of organic carbon (СОУ) by the combustion method at Т = 850 ° С. To analyze the content of H 2 O 2 , spectrophotometric analysis in the ultraviolet and visible regions (UV-Vis) for the H 2 O 2 / TiOSO 4 complex (λ = 405 nm), performed on a Perkin-Elmer lambda 35 spectrometer, is used.

Предварительные эксперименты по фотолизу (СН3СООН/Н2O2/УФ) показывают примерно 32%-ное снижение СОУ.Preliminary photolysis experiments (CH 3 COOH / H 2 O 2 / UV) show an approximately 32% reduction in SDA.

В присутствии массивного блочного катализатора на основе LnFeO3 и при облучения УФ наблюдается снижение СОУ на ≈54% при недозированной подаче Н2O2 и ≈100% при дозировании Н2O2. В присутствии Н2O2 и облучения реакция идет очень быстро. Скорость реакции увеличивается за счет генерации ОН. радикалов под действием катализатора. Снижение СОУ очень мало в отсутствие УФ-облучения.In the presence of a massive block catalyst based on LnFeO 3 and upon UV irradiation, a decrease in the SOA by ≈54% is observed with an un dosed supply of H 2 O 2 and ≈100% with the dosing of H 2 O 2 . In the presence of H 2 O 2 and irradiation, the reaction proceeds very quickly. The reaction rate increases due to the generation of OH . radicals under the influence of a catalyst. The reduction in SDA is very small in the absence of UV radiation.

Далее проводят сравнительные исследования гетерогенной фотокаталитической реакции Фентона в присутствии катализатора на основе LaFeO3 и гомогенной системы с оксалатом железа (СFe3+=0,0296 моль/л) в качестве катализатора.Next, comparative studies of the heterogeneous photocatalytic Fenton reaction in the presence of a catalyst based on LaFeO 3 and a homogeneous system with iron oxalate (C Fe3 + = 0.0296 mol / L) as a catalyst are carried out.

Данные таблицы 1 явно указывают, что использование гетерогенной системы повышает степень очистки от органического углерода и эффективность перекиси водорода по сравнению с гомогенной системой.The data in table 1 clearly indicate that the use of a heterogeneous system increases the degree of purification from organic carbon and the efficiency of hydrogen peroxide compared with a homogeneous system.

Это происходит благодаря адсорбции органических субстратов на поверхности катализатора. Действительно, молекулы загрязнений, адсорбированные на поверхности катализатора, легче реагируют с генерируемыми радикалами ОН. с последующим их разложением.This is due to the adsorption of organic substrates on the surface of the catalyst. Indeed, contamination molecules adsorbed on the surface of the catalyst more easily react with OH radicals generated . with their subsequent decomposition.

Было установлено, что железо очень мало растворяется в растворе во время реакции.It was found that iron is very slightly soluble in solution during the reaction.

Таблица 1Table 1 Влияние различных экспериментальных характеристик на разложение уксусной кислоты;The influence of various experimental characteristics on the decomposition of acetic acid; (A) УФ + LaFeO3 + СН3СООН + Н2О2; (В) УФ + раствор оксалата железа (СFe3+=0,0296 М) + СН3СООН + Н2O2; (C)LaFeO3 + СН3СООН + Н2O2; (D) УФ + СН3СООН + Н2O2 (A) UV + LaFeO 3 + CH 3 COOH + H 2 O 2 ; (B) UV + solution of iron oxalate (C Fe3 + = 0.0296 M) + CH 3 COOH + H 2 O 2 ; (C) LaFeO 3 + CH 3 COOH + H 2 O 2 ; (D) UV + CH 3 COOH + H 2 O 2 Время, чTime h Уменьшение СОУ, %The decrease in SDA,% АBUT ВAT СFROM DD 00 00 00 00 00 1one 1313 15fifteen 4four 77 22 4141 20twenty 4four 1616 33 4949 2121 4four 2424 4four 5555 2424 4four 3232

ПримерыExamples

Примеры 1-10 демонстрируют результаты по каталитической активности, полученные для реакции фотокаталитического окисления Фентона на массивных катализаторах на основе LnFeO3 и нанесенных на носители катализаторах на основе LaMnO3, LaFeO3, LaNiO3, LaCoO3, LaCuO3 и Pt/LaMnO3.Examples 1-10 demonstrate the catalytic activity results obtained for the Fenton photocatalytic oxidation reaction on bulk LnFeO 3 based catalysts and supported catalysts based on LaMnO 3 , LaFeO 3 , LaNiO 3 , LaCoO 3 , LaCuO 3 and Pt / LaMnO 3 .

Материалы и реактивыMaterials and Reagents

Ледяная уксусная кислота (СН3СООН) чистотой 99,8% была предоставлена фирмой Carlo Erba, оксалат железа (Fe2(C2O4)3·6H2O) чистотой 99% - фирмой Aldrich, метил-трет-бутиловый эфир (СН3ОС(СН3)3) чистотой 99,9% - фирмой Aldrich, этанол (С2Н5OH) чистотой 99,9% предоставлен J.T. Baker, а метанол (СН3ОН) чистотой 99,9% - фирмой Aldrich.Glacial acetic acid (CH 3 COOH) with a purity of 99.8% was provided by Carlo Erba, iron oxalate (Fe 2 (C 2 O 4 ) 3 · 6H 2 O) with a purity of 99% by Aldrich, methyl tert-butyl ether ( CH 3 OS (CH 3 ) 3 ) 99.9% purity by Aldrich, ethanol (C 2 H 5 OH) 99.9% purity provided by JT Baker, and methanol (CH 3 OH) 99.9% purity by Aldrich .

Синтетические отходы виноделия готовят разбавлением товарного красного вина (Chianti) сверхчистой водой для получения содержания органических веществ 500 мг С/л (как СОУ). Все растворы готовят с использованием сверхчистой воды (18 µS·см-1).Synthetic winemaking waste is prepared by diluting commercial red wine (Chianti) with ultrapure water to obtain an organic content of 500 mg C / l (as SDA). All solutions are prepared using ultrapure water (18 µS · cm -1 ).

Сотовые катализаторы на основе перовскита, разработанные Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, имеют поверхность 4-6 м2/г для нанесенных катализаторов и 4-18 м2/г для ненанесенных катализаторов.Perovskite-based cell catalysts developed by the Institute of Catalysis named after G.K. Boreskov SB RAS, have a surface of 4-6 m 2 / g for supported catalysts and 4-18 m 2 / g for non-supported catalysts.

Растворы органических соединений (например, СН3СООН, СН3ОС(СН3)3, С2Н5OH, СН3ОН и отходов виноделия) и перекиси водорода готовят непосредственно перед экспериментами по изучению реакции Фентона и фотокаталитической реакции Фентона. Для фотокаталитических экспериментов используют ртутную лампу мощностью 8 Вт с длиной волны, большей или равной 254 нм. До начала экспериментов с облучением проводят эксперименты в темноте при постоянном перемешивании.Solutions of organic compounds (e.g., CH 3 COOH, CH 3 OS (CH 3 ) 3 , C 2 H 5 OH, CH 3 OH and winemaking waste) and hydrogen peroxide are prepared immediately before experiments to study the Fenton reaction and the Fenton photocatalytic reaction. For photocatalytic experiments, an 8 W mercury lamp with a wavelength greater than or equal to 254 nm is used. Prior to the beginning of experiments with irradiation, experiments were carried out in the dark with constant stirring.

В типичном эксперименте 100 мл раствора органического соединения (например, СН3СООН, СН3ОС(СН3)3, C5H5OH, СН3ОН) (СОУ 500 мг/л) помещают в фотореактор с блочным катализатором сотовой структуры. После этого добавляют концентрированный раствор H2O2 до получения стабильного соотношения Н2O2 / органическое соединение.In a typical experiment, 100 ml of a solution of an organic compound (for example, CH 3 COOH, CH 3 OS (CH 3 ) 3 , C 5 H 5 OH, CH 3 OH) (SOU 500 mg / L) is placed in a photoreactor with a block honeycomb catalyst. Then add a concentrated solution of H 2 O 2 to obtain a stable ratio of H 2 O 2 / organic compound.

Каталитические тесты проводят при подаче воздуха (250 см3/мин) в нижнюю часть герметичного фотореактора из нержавеющей стали. Газ, выделяемый из фотореактора во время реакции, анализируют с помощью ИК-анализатора СО/CO2. Каталитические тесты проводят при температуре 25°С и атмосферном давлении. Исходный рН раствора регулируют, добавляя HCl или NaOH для достижения необходимой величины.Catalytic tests are carried out with air supply (250 cm 3 / min) to the lower part of the sealed stainless steel photoreactor. The gas evolved from the photoreactor during the reaction is analyzed using an IR CO / CO 2 analyzer. Catalytic tests are carried out at a temperature of 25 ° C and atmospheric pressure. The initial pH of the solution is adjusted by adding HCl or NaOH to achieve the desired value.

Суммарное содержание органических соединений (СОС) оценивают по выделению СОX при каталитическом сжигании при температуре Т=850°С. Концентрацию Н2О2 определяют по комплексу H2O2/TiOSO4 (λ=405 нм) с помощью UV-Vis спектрометра Perkin-Elmer Lambda 35. Тесты на вымывание проводят для выяснения вероятности вымывания металла из перовскита во время каталитических тестов; для этого анализируют модельный раствор или синтетические сточные воды виноделия с применением ICP-AES Varian "Liberty II".The total content of organic compounds (SOS) is estimated by the release of CO X during catalytic combustion at a temperature of T = 850 ° C. The concentration of H 2 O 2 is determined by the complex of H 2 O 2 / TiOSO 4 (λ = 405 nm) using a Perkin-Elmer Lambda 35 UV-Vis spectrometer. The leaching tests are carried out to determine the likelihood of metal leaching from perovskite during catalytic tests; for this, a model solution or synthetic wastewater from winemaking is analyzed using ICP-AES Varian "Liberty II".

Пример 1. Влияние рН.Example 1. The effect of pH.

Влияние рН на разложение уксусной кислоты в присутствии нанесенного на кордиерит катализатора LaMnO3 (4 мас.%) показано в таблице 2. Эксперименты проводят при рН=3,9, 6,0 и 8,0 и молярном отношении R=Н2O2/СН3СООН=4. Максимальная степень очистки от органических соединений (уменьшение СОС, % = 57%) наблюдается при рН=6,0. Дальнейшее повышение рН (до 8) приводит к снижению степени очистки до 22%. При рН=6 конверсия Н202 проходит медленнее, чем при рН=9, тогда как в более щелочных условиях разложение шло быстрее, но было неполным (70%).The effect of pH on the decomposition of acetic acid in the presence of a LaMnO 3 catalyst (4 wt%) supported on a cordierite is shown in Table 2. The experiments were carried out at pH = 3.9, 6.0, and 8.0 and a molar ratio of R = H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4. The maximum degree of purification from organic compounds (decrease in SOS,% = 57%) is observed at pH = 6.0. A further increase in pH (to 8) leads to a decrease in the degree of purification to 22%. At pH = 6, the conversion of H 2 0 2 is slower than at pH = 9, while under more alkaline conditions the decomposition proceeded faster, but was incomplete (70%).

Известно, что в гомогенных системах оптимальное рН для фотокаталитической реакции Фентона составляет 3-4.It is known that in homogeneous systems the optimal pH for the Fenton photocatalytic reaction is 3-4.

При изменениях рН наблюдается небольшое растворение Mn из перовскита.With changes in pH, a slight dissolution of Mn from perovskite is observed.

Таблица 2table 2 Влияние рН на снижение суммарного содержания органического углерода на катализаторе 4 мас.% LaMnO3/кордиерит в фотокаталитической реакции ФентонаThe effect of pH on the decrease in the total content of organic carbon on the catalyst 4 wt.% LaMnO 3 / cordierite in the Fenton photocatalytic reaction Время, чTime h Уменьшение СОУ, %The decrease in SDA,% рН=3,9pH = 3.9 рН=6,0pH = 6.0 рН=8,0pH = 8.0 00 00 00 00 1one 1010 3232 1010 22 3434 4242 2222 33 4747 5555 2222 4four 5252 5757 2222

Пример 2. Влияние концентрации Н2О2 на фотокаталитическую реакцию Фентона.Example 2. The effect of the concentration of H 2 About 2 on the Fenton photocatalytic reaction.

Разложение уксусной кислоты на нанесенном на кордиерит катализаторе LaMnO3 (4%) при рН=3,9 изучали при изменении исходной концентрации перекиси водорода, в частности изменяя молярное отношение R=H2O2/CH3COOH от 2 до 8 (см. таблицу 3).The decomposition of acetic acid on a LaMnO 3 catalyst supported on a cordierite (4%) at pH = 3.9 was studied by changing the initial concentration of hydrogen peroxide, in particular, changing the molar ratio R = H 2 O 2 / CH 3 COOH from 2 to 8 (see table 3).

С увеличением молярного отношения R скорость удаления СОС снижается, тогда как итоговое обезвреживание растет за счет увеличения содержания радикалов ОН. в растворе. В то же время после реакции наблюдается незначительное растворение Mn перовскита.With an increase in the molar ratio R, the SOS removal rate decreases, while the final neutralization increases due to an increase in the content of OH radicals . in solution. At the same time, after the reaction, a slight dissolution of Mn perovskite is observed.

Таблица 3Table 3 Влияние концентрации перекиси водорода на фотокаталитическую реакцию Фентона на катализаторе 4 мас.% LaMnO3/кордиеритThe effect of the concentration of hydrogen peroxide on the photocatalytic Fenton reaction on the catalyst 4 wt.% LaMnO 3 / cordierite Время, чTime h Уменьшение СОУ, %The decrease in SDA,% R=2R = 2 R=4R = 4 R=8R = 8 00 00 00 00 1one 2121 1010 77 22 3131 3434 2424 33 3333 4747 3535 4four 3333 5252 5353 55 3333 5454 6060

Пример 3. Влияние дозирования Н2О2.Example 3. The effect of dosing of H 2 About 2 .

Для конкурентоспособности фотокаталитических процессов Фентона важно то, что их применение не требует больших затрат и реализуется обычно с низкими расходами H2O2. Регулируемое изменение концентрации Н2О2 позволяет достичь большее снижение СОУ за более короткое время за счет эффекта «самопоглощения» Н2O2, при котором захватываются радикалы ОН., генерируемые при фотолизе. Радикалы ОН. реагируют с H2O2 с образованием HO2, которые менее реакционноспособны, чем радикалы ОН., и поэтому непригодны для разрушения загрязнений в растворах.For the competitiveness of Fenton's photocatalytic processes, it is important that their application does not require large expenditures and is usually realized with low H 2 O 2 expenditures. An adjustable change in the concentration of H 2 O 2 allows you to achieve a greater decrease in the SOA in a shorter time due to the effect of "self-absorption" of H 2 O 2 , in which OH radicals are captured . generated by photolysis. The radicals OH . react with H 2 O 2 to form HO 2 , which are less reactive than OH radicals . , and therefore unsuitable for the destruction of contaminants in solutions.

В результате высокие исходные концентрации Н2O2 не дают возможности использовать ОН. в фотореакции Фентона, тогда как их низкие концентрации не дают достаточное для реакции количество радикалов ОН.. Таким образом, необходимо проводить реакцию с регулируемой концентрацией Н2O2 в течение всей реакции. Поэтому целью исследования является выбор дозируемого количества H2O2, оптимального для осуществления фотокаталитической реакции Фентона.As a result, high initial concentrations of H 2 O 2 do not allow the use of OH . in the Fenton photoreaction, while their low concentrations do not give enough OH radicals for the reaction . . Thus, it is necessary to carry out the reaction with a controlled concentration of H 2 O 2 throughout the reaction. Therefore, the aim of the study is to select the dosage amount of H 2 O 2 optimal for the implementation of the Fenton photocatalytic reaction.

Для фотокаталитической реакции Фентона окисления уксусной кислоты на массивном/ненанесенном катализаторе LnFeO3, содержащем 88 мас.% LnFeO3 и 12 мас.% оксида алюминия, суммарное количество постепенно добавляемой перекиси водорода составляет CH2O2/t=0,01÷0,1 моль/ч, предпочтительно CH2O2/t=0,022 моль/ч, что увеличивает суммарное удаление органических соединений с 29% при исходном молярном отношении Н2O2/СН3СООН=4 до 100% с минимальным удельным расходованием Н2О2 (см. таблицу 4); в частности, оно изменяется в области 1 г Н2O2/г С - 10 г Н2О2 /г С. После реакции отмечается незначительный выход железа из перовскита.For the Fenton photocatalytic oxidation of acetic acid on a bulk / non-supported LnFeO 3 catalyst containing 88 wt.% LnFeO 3 and 12 wt.% Alumina, the total amount of gradually added hydrogen peroxide is C H2O2 / t = 0.01 ÷ 0.1 mol / h, preferably C H2O2 / t = 0.022 mol / h, which increases the total removal of organic compounds from 29% at an initial molar ratio of H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 to 100% with a minimum specific consumption of H 2 O 2 (cm table 4); in particular, it varies in the region of 1 g of H 2 O 2 / g C - 10 g of H 2 O 2 / g C. After the reaction, an insignificant yield of iron from perovskite is noted.

Таблица 4Table 4 Затраты перекиси в процессе фотокаталитического разложения уксусной кислоты на массивном катализаторе LnFeO3 (88 мас.%) при дозированной и единовременной (при отношении Н2O2/СН3СООН=4) подачеThe cost of peroxide in the process of photocatalytic decomposition of acetic acid on a massive LnFeO 3 catalyst (88 wt.%) With dosed and one-time (with the ratio of N 2 O 2 / CH 3 COOH = 4) supply Снижение СОУDecrease in SOU Количество перекиси при дозированной подаче Н2O2, ppmThe amount of peroxide at a metered supply of N 2 O 2 , ppm Удельные затраты Н2O2 на разложение органики при дозированной подаче, гH2O2с Unit costs of Н 2 O 2 for the decomposition of organic matter at a metered supply, g H2O2 / g s Количество перекиси при единовременной подаче Н2O2,ppmThe amount of peroxide in a single feed of H 2 O 2 , ppm Удельные затраты H2O2 на разложение органики при единовременной подаче, гH2O2с Unit costs of H 2 O 2 for the decomposition of organic matter at a single feed, g H2O2 / g s 20twenty 446446 4,54,5 26042604 26,426,4 6060 24532453 8,28.2 -- -- 100one hundred 38143814 7,67.6 -- --

Пример 4. Оценка разложения в фотокаталитической реакции Фентона.Example 4. Evaluation of decomposition in the photocatalytic Fenton reaction.

Для оценки степени разложения проводят исследование каталитического окисления уксусной кислоты (R=4) в присутствии нанесенного катализатора 4 мас.% LaMnO3/кордиерит с подачей азота (250 см3/мин) в нижнюю часть герметичного фотореактора из нержавеющей стали. После 5-часового облучения степень очистки от СОУ составляет 30% (Фиг.4).To assess the degree of decomposition, a study is carried out of the catalytic oxidation of acetic acid (R = 4) in the presence of a supported catalyst of 4 wt.% LaMnO 3 / cordierite with a nitrogen supply (250 cm 3 / min) to the lower part of the sealed stainless steel photoreactor. After 5 hours of irradiation, the degree of purification from SDA is 30% (Figure 4).

Изменение концентрации CO2 в газовой фазе в течение фотокаталитической реакции Фентона на нанесенном катализаторе LaMnO3/кордиерит показано на Фиг.5. Не наблюдается образования СО. Концентрация CO2 достигает максимального уровня примерно 850 м.д. после облучения в течение 150 мин и затем снижается до нуля после 500 мин облучения, указывая на полное удаление выделенного CO2.The change in the concentration of CO 2 in the gas phase during the Fenton photocatalytic reaction on the supported LaMnO 3 / cordierite catalyst is shown in FIG. 5. No formation of CO is observed. The concentration of CO 2 reaches a maximum level of approximately 850 ppm. after irradiation for 150 min and then decreases to zero after 500 min of irradiation, indicating complete removal of the extracted CO 2 .

Далее, исходя из данных по снижению СОУ и концентрации образовавшегося диоксида углерода, составляют материальный баланс по углероду, близкий к 98%. Это указывает, что в реакции фотокаталитического окисления Фентона достигнуто полное разложение уксусной кислоты.Further, based on the data on the reduction of SOA and the concentration of carbon dioxide formed, the material balance for carbon is close to 98%. This indicates that the complete decomposition of acetic acid was achieved in the Fenton photocatalytic oxidation reaction.

Пример 5. Оценка стабильности катализатора.Example 5. Evaluation of the stability of the catalyst.

Устойчивость каталитической системы изучается на примере нанесенного катализатора LaMnO3 (2 мас.%)/кордиерит в различных циклах (до 250 ч эксперимента) фотоокисления уксусной кислоты на том же катализаторе при одинаковых условиях эксперимента (H2O2/CH3COOH=4). Отмечено, что катализатор, восстановленный при Т=120°С и используемый повторно для окисления уксусной кислоты, проявляет такую же активность, что и свежеприготовленный катализатор. Растворение Mn из перовскита после реакции было незначительным.The stability of the catalytic system is studied by the example of a supported LaMnO 3 (2 wt.%) / Cordierite catalyst in various cycles (up to 250 hours of experiment) of photooxidation of acetic acid on the same catalyst under the same experimental conditions (H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4) . It was noted that the catalyst reduced at T = 120 ° C and used repeatedly for the oxidation of acetic acid exhibits the same activity as a freshly prepared catalyst. The dissolution of Mn from perovskite after the reaction was negligible.

Пример 6. Влияние состава катализатора при дозированной подаче перекиси.Example 6. The effect of the composition of the catalyst in a metered supply of peroxide.

Для фотокаталитической реакции Фентона окисления уксусной кислоты на массивном/ненанесенном (описание способа приготовления на стр.4) катализаторе LnFeO3, содержащем 55 мас.% LnFeO3 и 45 мас.% оксида алюминия, суммарное количество постепенно добавляемой перекиси водорода составляет СH2O2/t=0,01÷0,1 моль/ч, предпочтительно CH2O2/t=0,022 моль/ч, суммарное удаление органических соединений при исходном молярном отношении Н2O2/СН3СООН=4 составляет 100%. После реакции отмечается незначительный выход железа из перовскита.For the Fenton photocatalytic oxidation of acetic acid on a bulk / non-supported (description of the preparation method on page 4) LnFeO 3 catalyst containing 55 wt.% LnFeO 3 and 45 wt.% Alumina, the total amount of gradually added hydrogen peroxide is C H2O2 / t = 0.01 ÷ 0.1 mol / h, preferably C H2O2 / t = 0.022 mol / h, the total removal of organic compounds at the initial molar ratio of H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 is 100%. After the reaction, an insignificant yield of iron from perovskite is noted.

Пример 7. Влияние состава катализатора при дозированной подаче перекиси.Example 7. The effect of the composition of the catalyst in a metered supply of peroxide.

Для фотокаталитической реакции Фентона окисления уксусной кислоты на массивном/ненанесенном (описание способа приготовления на стр.4) катализаторе LnFeO3, содержащем 25 мас.% LnFeO3 и 75 мас.% оксида алюминия, суммарное количество постепенно добавляемой перекиси водорода составляет СH2O2/t=0,01÷0,1 моль/ч, предпочтительно СH2O2/t=0,022 моль/ч, суммарное удаление органических соединений при исходном молярном отношении H2О2/СН3СООН=4 составляет 100%. После реакции отмечается незначительный выход железа из перовскита.For the Fenton photocatalytic oxidation of acetic acid on a bulk / non-supported (description of the preparation method on page 4) LnFeO 3 catalyst containing 25 wt.% LnFeO 3 and 75 wt.% Alumina, the total amount of gradually added hydrogen peroxide is C H2O2 / t = 0.01 ÷ 0.1 mol / h, preferably With H2O2 / t = 0.022 mol / h, the total removal of organic compounds at the initial molar ratio of H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 is 100%. After the reaction, an insignificant yield of iron from perovskite is noted.

Пример 8. Влияние состава катализатора.Example 8. The effect of the composition of the catalyst.

Разложение уксусной кислоты в присутствии нанесенного на SiC катализатора LaMnO3 (6 мас.%) выполнено при рН=6,0 и молярном отношении R=Н2О2/СН3СООН=4 (без дозирования). Степень очистки от органических соединений составляет 60%. Растворения перовскита не наблюдают.The decomposition of acetic acid in the presence of LaMnO 3 catalyst deposited on SiC (6 wt.%) Was performed at pH = 6.0 and a molar ratio of R = H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 (without dosing). The degree of purification from organic compounds is 60%. Perovskite dissolution is not observed.

Пример 9. Влияние состава катализатора.Example 9. The effect of the composition of the catalyst.

Разложение уксусной кислоты в присутствии нанесенного на кордиерит катализатора LaMnO3 (16 мас.%) выполнено при рН=6,0 и молярном отношении R=Н2O2/СН3СООН=4 (без дозирования). Степень очистки от органических соединений составляет 70%. Растворения перовскита не наблюдают.The decomposition of acetic acid in the presence of a LaMnO 3 catalyst supported on a cordierite (16 wt.%) Was performed at pH = 6.0 and a molar ratio of R = H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 (without dosing). The degree of purification from organic compounds is 70%. Perovskite dissolution is not observed.

Пример 10. Влияние состава катализатора.Example 10. The effect of the composition of the catalyst.

Разложение уксусной кислоты в присутствии нанесенного на пену из Al2О3 (пенокерамику) катализатора 0,1% Pt/4% LaMnO3 выполнено при рН=6,0 и молярном отношении R=Н2O2/СН3СООН=4 (без дозирования). Степень очистки от органических соединений составляет 70%. Растворения перовскита не наблюдали.The decomposition of acetic acid in the presence of a 0.1% Pt / 4% LaMnO 3 catalyst supported on a foam from Al 2 O 3 (ceramic foam) was performed at pH = 6.0 and a molar ratio of R = H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 ( without dosing). The degree of purification from organic compounds is 70%. Perovskite dissolution was not observed.

Пример 11. Влияние состава катализатора.Example 11. The effect of the composition of the catalyst.

Разложение уксусной кислоты в присутствии нанесенного на пену оксида алюминия катализатора LaMnO3 (25 мас.%) выполнено при рН=6,0 и молярном отношении R=Н2O2/СН3СООН=4 (без дозирования). Степень очистки от органических соединений составляет 70%. Растворения перовскита не наблюдают.The decomposition of acetic acid in the presence of LaMnO 3 catalyst (25 wt.%) Supported on alumina foam was performed at pH = 6.0 and a molar ratio of R = H 2 O 2 / CH 3 COOH = 4 (without dosing). The degree of purification from organic compounds is 70%. Perovskite dissolution is not observed.

Преимущества изобретенияAdvantages of the Invention

- Простой метод приготовления катализаторов на основе перовскита для фотокаталитической реакции Фентона.- A simple method for the preparation of perovskite-based catalysts for the Fenton photocatalytic reaction.

- Активность катализаторов на основе перовскита оценивалась по результатам исследований разложения уксусной кислоты, МТБЭ, метанола, этанола, их смесей и сточных вод виноделия.- The activity of perovskite-based catalysts was evaluated based on the results of studies on the decomposition of acetic acid, MTBE, methanol, ethanol, mixtures thereof and winemaking wastewater.

- Различные параметры реакции, такие как влияние рН, концентрации Н2О2 и дозирования Н2О2, оптимизированы; они применимы для переработки бионеразлагаемых сточных вод.- Various reaction parameters such as the influence of pH, concentration of H 2 O 2 and dosing H 2 O 2, are optimized; They are applicable for the processing of biodegradable wastewater.

- Катализаторы на основе перовскита проявляют высокую активность в разложении уксусной кислоты при рН=6.- Perovskite-based catalysts exhibit high activity in the decomposition of acetic acid at pH = 6.

- Катализаторы на основе перовскита проявляют высокую способность к разложению органических загрязнений при комнатной температуре и атмосферном давлении.- Perovskite-based catalysts exhibit a high ability to decompose organic contaminants at room temperature and atmospheric pressure.

- Катализаторы на основе перовскита с сотовой структурой более эффективны в фотокаталитической реакции Фентона, чем гомогенные системы фото-Фентона.- Honeycomb-based perovskite catalysts are more effective in the Fenton photocatalytic reaction than homogeneous photo-Fenton systems.

- Синергический эффект перовскита и Н2O2 проявляется в адсорбции молекул загрязнений, таким образом облегчая разложение органических загрязнений.- The synergistic effect of perovskite and H 2 O 2 is manifested in the adsorption of pollution molecules, thereby facilitating the decomposition of organic pollutants.

- Изобретение дает возможность создания экологически безопасного метода приготовления гетерогенных фотокаталитических систем Фентона с использованием стабильного и эффективного фотокатализатора Фентона для обезвреживания бионеразлагаемых сточных вод.- The invention makes it possible to create an environmentally friendly method for the preparation of heterogeneous Fenton photocatalytic systems using a stable and effective Fenton photocatalyst for the disposal of biodegradable wastewater.

Фотокаталитическое разложение органических загрязнений с использованием фотокаталитической системы Фентона может быть более эффективным при проведении процесса в гетерогенном режиме и становится важным для современных окислительных технологий (СОТ). В частности, данное изобретение представляет собой эффективную технологию удаления органических загрязнений без образования осадков и при коротких временах запуска с использованием структурированных гетерогенных катализаторов.Photocatalytic decomposition of organic pollutants using the Fenton photocatalytic system can be more effective when the process is carried out in a heterogeneous mode and becomes important for modern oxidative technologies (COT). In particular, this invention is an effective technology for the removal of organic contaminants without the formation of precipitation and with short start times using structured heterogeneous catalysts.

Claims (15)

1. Катализатор для гетерогенного фотокаталитического процесса Фентона для очистки сточных вод, в том числе от бионеразлагаемых органических соединений, содержащий железо, отличающийся тем, что он представляет собой порошок или монолит, содержащий перовскит LnFeO3, где Ln=La, Се, Pr, Nd, Sm, и структурообразующую добавку.1. The catalyst for the heterogeneous photocatalytic process of Fenton for wastewater treatment, including biodegradable organic compounds, containing iron, characterized in that it is a powder or monolith containing perovskite LnFeO 3 , where Ln = La, Ce, Pr, Nd , Sm, and a structure-forming additive. 2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что содержание перовскита составляет 2,0-90,0 мас.%, остальное - структурообразующая добавка, в качестве которой он содержит оксид алюминия.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that the perovskite content is 2.0-90.0 wt.%, The rest is a structure-forming additive, in which it contains aluminum oxide. 3. Катализатор по п.2, отличающийся тем, что содержание перовскита предпочтительно 45,0-90,0 мас.%, лучше всего 48,0-88,0 мас.%.3. The catalyst according to claim 2, characterized in that the perovskite content is preferably 45.0-90.0 wt.%, Best of all 48.0-88.0 wt.%. 4. Катализатор для гетерогенного фотокаталитического процесса Фентона для очистки сточных вод, в том числе от бионеразлагаемых органических соединений, содержащий перовскит и носитель, отличающийся тем, что он представляет собой перовскит LaMeO3 или Pt/LaMeO3, где Me=Mn, Co, Fe, Ni, Cu, нанесенный на структурированный носитель, например кордиерит в виде блоков сотовой структуры, пену на основе оксида алюминия или SiC.4. A catalyst for the heterogeneous Fenton photocatalytic process for wastewater treatment, including biodegradable organic compounds, containing perovskite and a carrier, characterized in that it is LaMeO 3 or Pt / LaMeO 3 perovskite, where Me = Mn, Co, Fe , Ni, Cu, deposited on a structured carrier, for example cordierite in the form of blocks of a honeycomb structure, foam based on aluminum oxide or SiC. 5. Катализатор по п.4, отличающийся тем, что содержание перовскита в нанесенном катализаторе составляет 2,0-30,0 мас.%, предпочтительно 3,0-10,0 мас.%, наиболее предпочтительно 4,0 мас.%.5. The catalyst according to claim 4, characterized in that the content of perovskite in the supported catalyst is 2.0-30.0 wt.%, Preferably 3.0-10.0 wt.%, Most preferably 4.0 wt.%. 6. Катализатор по п.4, отличающийся тем, что содержание платины в нанесенном катализаторе составляет 0,05-10,0 мас.%, предпочтительно 0,05-3,0 мас.% и наиболее предпочтительно 0,1 мас.%6. The catalyst according to claim 4, characterized in that the platinum content in the supported catalyst is 0.05-10.0 wt.%, Preferably 0.05-3.0 wt.% And most preferably 0.1 wt.% 7. Гетерогенный фотокаталитический процесс Фентона для очистки сточных вод, в том числе бионеразлагаемых органических соединений, отличающийся тем, что его осуществляют при подаче Н2O2 во время процесса, идущего в присутствии гетерогенного катализатора по любому из пп.1-6, преимущественно при дозированной подаче перекиси водорода.7. Fenton's heterogeneous photocatalytic process for wastewater treatment, including biodegradable organic compounds, characterized in that it is carried out when H 2 O 2 is supplied during the process proceeding in the presence of a heterogeneous catalyst according to any one of claims 1 to 6, mainly when dosed supply of hydrogen peroxide. 8. Процесс Фентона по п.7, отличающийся тем, что его проводят при комнатной температуре и атмосферном давлении.8. The Fenton process according to claim 7, characterized in that it is carried out at room temperature and atmospheric pressure. 9. Процесс Фентона по п.7, отличающийся тем, что его проводят при повышенных температуре и давлении.9. The Fenton process according to claim 7, characterized in that it is carried out at elevated temperature and pressure. 10. Процесс Фентона по п.7, отличающийся тем, что его осуществляют при рН больше 5.10. The Fenton process according to claim 7, characterized in that it is carried out at a pH of more than 5. 11. Процесс Фентона по п.7, отличающийся тем, что сточные воды могут содержать уксусную кислоту, МТБЭ, этанол, метанол, их смеси, отходы виноделия.11. The Fenton process according to claim 7, characterized in that the wastewater may contain acetic acid, MTBE, ethanol, methanol, mixtures thereof, wine-making waste. 12. Процесс Фентона по п.7, отличающийся тем, что его осуществляют в трубчатом облучаемом фотореакторе Фентона с закрепленным слоем и рециркуляцией, или в однопроходном реакторе непрерывного действия, или периодического действия, или непрерывно-рециркуляционном.12. The Fenton process according to claim 7, characterized in that it is carried out in a tubular irradiated Fenton photoreactor with a fixed layer and recirculation, or in a single-pass reactor of continuous operation, or batch, or continuous-recirculation. 13. Процесс Фентона по п.7, отличающийся тем, что его осуществляют при дозированной подаче Н2О2 во время процесса.13. The Fenton process according to claim 7, characterized in that it is carried out at a dosed supply of H 2 O 2 during the process. 14. Процесс Фентона по п.7-9, отличающийся тем, что постепенное добавление Н2O2 осуществляют введением малых объемов концентрированного раствора Н2О2 через каждый час.14. The Fenton process according to claim 7-9, characterized in that the gradual addition of H 2 O 2 is carried out by introducing small volumes of a concentrated solution of H 2 O 2 every hour. 15. Процесс Фентона по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что постепенное добавление Н2O2 осуществляют непрерывным введением концентрированного раствора Н2О2. 15. The Fenton process according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the gradual addition of H 2 O 2 is carried out by the continuous introduction of a concentrated solution of H 2 O 2 .
RU2007125495/04A 2007-07-05 2007-07-05 Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment RU2347611C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125495/04A RU2347611C1 (en) 2007-07-05 2007-07-05 Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007125495/04A RU2347611C1 (en) 2007-07-05 2007-07-05 Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2347611C1 true RU2347611C1 (en) 2009-02-27

Family

ID=40529733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007125495/04A RU2347611C1 (en) 2007-07-05 2007-07-05 Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2347611C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253831A (en) * 2013-05-09 2013-08-21 中国矿业大学(北京) Heterogeneous catalysis Fenton reagent oxidation fluidized bed-anaerobic biological fluidized bed coking wastewater deep treatment system
CN113779504A (en) * 2021-09-07 2021-12-10 天津大学 Method for calculating optimal adding concentration of oxidant in ultraviolet advanced oxidation process based on primary free radicals
CN114516673A (en) * 2022-01-12 2022-05-20 浙江万里学院 Plane tube type continuous flow-photocatalytic oxidation degradation water treatment device, system and method
CN114797890A (en) * 2022-04-22 2022-07-29 浙江大学 High-stability ortho-position bifunctional catalyst and preparation method and application thereof
CN115770602A (en) * 2022-11-08 2023-03-10 大连海事大学 High-entropy nitrogen oxide material and preparation method and application thereof
CN116371446A (en) * 2023-04-19 2023-07-04 中国科学院生态环境研究中心 Iron-nitrogen compound-carbon nano tube composite material, preparation method and application
CN117383684A (en) * 2023-10-20 2024-01-12 天津高能时代水处理科技有限公司 High-efficient intelligent circulation type heterogeneous photocatalytic oxidation reaction device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103253831A (en) * 2013-05-09 2013-08-21 中国矿业大学(北京) Heterogeneous catalysis Fenton reagent oxidation fluidized bed-anaerobic biological fluidized bed coking wastewater deep treatment system
CN103253831B (en) * 2013-05-09 2014-09-24 中国矿业大学(北京) Heterogeneous catalysis Fenton reagent oxidation fluidized bed-anaerobic biological fluidized bed coking wastewater deep treatment system
CN113779504A (en) * 2021-09-07 2021-12-10 天津大学 Method for calculating optimal adding concentration of oxidant in ultraviolet advanced oxidation process based on primary free radicals
CN114516673A (en) * 2022-01-12 2022-05-20 浙江万里学院 Plane tube type continuous flow-photocatalytic oxidation degradation water treatment device, system and method
CN114797890A (en) * 2022-04-22 2022-07-29 浙江大学 High-stability ortho-position bifunctional catalyst and preparation method and application thereof
CN115770602A (en) * 2022-11-08 2023-03-10 大连海事大学 High-entropy nitrogen oxide material and preparation method and application thereof
CN115770602B (en) * 2022-11-08 2024-04-19 大连海事大学 High-entropy nitrogen oxide material and preparation method and application thereof
CN116371446A (en) * 2023-04-19 2023-07-04 中国科学院生态环境研究中心 Iron-nitrogen compound-carbon nano tube composite material, preparation method and application
CN117383684A (en) * 2023-10-20 2024-01-12 天津高能时代水处理科技有限公司 High-efficient intelligent circulation type heterogeneous photocatalytic oxidation reaction device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2158164B1 (en) Wastewater treatment by high efficiency heterogeneous photo-fenton process
RU2347611C1 (en) Catalyst and heterogeneous photocatalystic fenton process for sewage water treatment
Liu et al. Catalytic ozonation of VOCs at low temperature: A comprehensive review
Li et al. Bi-metal oxide-modified flat-sheet ceramic membranes for catalytic ozonation of organic pollutants in wastewater treatment
Sannino et al. Heterogeneous photo-Fenton oxidation of organic pollutants on structured catalysts
Sannino et al. Structured catalysts for photo-Fenton oxidation of acetic acid
US20110150734A1 (en) Photo-Catalytic Membrane Reactor
Molinari et al. Studies on various reactor configurations for coupling photocatalysis and membrane processes in water purification
Segneanu et al. Waste water treatment methods
Martínez et al. Coupling membrane separation and photocatalytic oxidation processes for the degradation of pharmaceutical pollutants
Molinari et al. Photocatalytic membrane reactors for degradation of organic pollutants in water
Augugliaro et al. The combination of heterogeneous photocatalysis with chemical and physical operations: A tool for improving the photoprocess performance
Centi et al. Remediation of water contamination using catalytic technologies
Silva et al. Catalytic studies in wet oxidation of effluents from formaldehyde industry
Castellanos et al. Tube-in-tube membrane reactor for heterogeneous TiO2 photocatalysis with radial addition of H2O2
CN111715294A (en) Ce-doped Fe-MOFs ozone catalyst, preparation and application thereof
JPH1043775A (en) Decomposing method of organic matter in water by photocatalyst
PT1253115E (en) Catalytic ozonation process for the mineralisation of organic pollutants in water
Wang et al. Fabrication of a low-cost cementitious catalytic membrane for p-chloronitrobenzene degradation using a hybrid ozonation-membrane filtration system
Zhang et al. Unveiling the collective effects of moisture and oxygen on the photocatalytic degradation of m-Xylene using a titanium dioxide supported platinum catalyst
Mazzarino et al. Degradation of organic pollutants in water by photochemical reactors
Sannino et al. Photo-Fenton oxidation of acetic acid on supported LaFeO3 and Pt/LaFeO3 perovskites
Warren et al. Synthesis of photocatalytic pore size-tuned ZnO molecular foams
Lin et al. Effective catalysts for wet oxidation of formic acid by oxygen and ozone
CN111252884A (en) Integrated catalytic membrane ozone gas distributor, preparation method and application

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160706