Создание и внедрение высокоэффективных технологий очистки сточных вод от фенольных соединений. Анализ закономерностей формирования наночастиц в матрице сверхсшитого полистирола. Применение физико-химических методов при исследовании каталитических систем.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Физикохимия наночастиц металлов платиновой группы импрегнированных в полимерную матрицу сверхсшитого полистирола для глубокого окисления фенола Работа выполнена на кафедре биотехнологии и химии Тверского государственного технического университета. Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор, Ольга Валентиновна Лефедова, кандидат химических наук, научный сотрудник, Наталья Васильевна Крамарева. Защита состоится «28» апреля 2008 г. в 13 ч 00 мин на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.06 при Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000 г.Так минимальные токсические дозы, уменьшающие на 50% количество микроорганизмов, обеспечивающих обезвреживание опасных соединений в воде, для фенола, гидрохинона и катехина составляют всего лишь 22.1 мг/л, 0.08 мг/л, 31.8 мг/л, соответственно. Таким образом, попадание в водоем даже незначительного количества фенольных соединений приводит к уменьшению способности водного объекта к саморегенерации с помощью имеющегося геобиоценоза и невозможности в дальнейшем дезактивации других загрязнений. Для удаления фенольных соединений в настоящее время применяются: экстракция, сорбционные, мембранные и биологические методы очистки, однако ни один из вышеуказанных методов не позволяет осуществлять эффективное удаление фенола, что связано с недостаточной полнотой очистки, большим количеством побочных продуктов, высокой энергоемкостью и, как следствие, значительной стоимостью очистки. Применение современных каталитических систем позволяет достичь глубокой конверсии фенольных соединений вплоть до углекислого газа и воды с высоким выходом. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - физико-химическое исследование субстрата и каталитических систем включая низкотемпературную адсорбцию азота, рентгенфлуоресцентный анализ (РФА), рентгенофотоэлектронную спектроскопию (РФЭС), трансмиссионную электронную микроскопию (ТЭМ), ИК-Фурье, инфракрасную спектроскопию диффузного отражения адсорбции СО, изучение протяженной тонкой структуры в спектрах рентгеновского поглощения и исследование ближней тонкой структуры рентгеновского поглощения;Рост удельной площади поверхности синтезированных Pt и Ru металополимеров способствует увеличению сорбционной емкости систем (таблица 1), а, следовательно, и повышению концентрации фенола вблизи активных центров, что, наряду с большим количеством металлических нанокластеров, (рисунок 1а, г) способствует увеличению каталитической активности (таблица 3). При введении Pd в матрицу сверхсшитого полистирола с использованием наиболее гидрофильного прекурсора - тетрахлорпаладата натрия (образцы металополимеров Pd/СПС1) (таблица 1) наблюдается нелинейное увеличение общей площади поверхности с 649 м2/г до 1220 м2/г (модель БЭТ) с уменьшением расчетного содержания палладия с 5% до 1%, дальнейшее снижение содержания Pd до 0.1% приводит к стабилизация величины общей площади поверхности (таблица 1). При увеличении гидрофобности прекурсора используемого для введения Pd (образцы Pd/СПС2-3%(Н2PDCL4), Pd/СПС3-3%((CH3CN)2PDCL2), Pd/СПС4-3%(Sty(CH3CN)PDCL2)) наблюдается уменьшение общей площади поверхности синтезированных систем, что свидетельствует об увеличении количества наночастиц Pd образовавшихся в матрице СПС, это согласуется с данными ТЭМ исследований (таблица 1, рисунок 1). Таким образом, можно сделать вывод, что при использовании гидрофильных прекурсоров происходит формирование преимущественно крупных наночастиц, в то время как при использовании гидрофобных, происходит формирование более мелких наночастиц, что приводит к увеличению, как активности, так и селективности процесса, глубокого каталитического окисления фенола (таблица 3), что связано с увеличением количества поверхностно доступного металла. Необходимо отметить, образование большого количества крупных металлических нанокластеров со средним диаметром 25.3 нм в случае СПС-Pt(0.1%)-Pd(0.1%), 17.1 нм в случае СПС-Pd(0.1%)-Ru(0.1%), 15.6 в случае СПС-Pt(0.1%)-Pd(0.1%)-Ru(0.1%), что приводит к уменьшению каталитической активности систем (таблица 3) по сравнению с СПС-Pt(0.1%)-Ru(0.1%) (средний диаметр 1.5 нм) (Таблица 3).