Тезисы
апрель 2017

Електрохімічне окиснення саліцилової кислоти на модифікованих PbO2-електродах


Шмичкова О. Б. , Манзюк М. В. , Мурашевич Б. В.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Саліцилова кислота є одним з найпоширеніших забруднювачів стічних вод. ЇЇ використовують у багатьох фармацевтичних та косметичних препаратах. За рахунок неефективної деструкції забруднювачів стічних вод заводів, досить велика кількість цих речовин виявляється у ґрунті та навіть у питній воді. Це робить необхідним розвиток потужних методів окиснення, щоб ефективно видаляти ліки та їх метаболіти зі стічних вод.

Очищення води від саліцилової кислоти можливе через окисну руйнацію. Існують різні способи окиснення саліцилової кислоти серед яких найбільш перспективними вважаються електрохімічні методи в зв’язку з їх високою ефективністю та функціональністю. Устатковання для реалізації цих методів досить компактне, високопродуктивне, процеси керування та експлуатації можуть бути відносно легко автоматизовані. Крім того, електрообробка за правильного її поєднання з іншими способами дозволяє успішно очищувати природні та стічні води від ряду домішок різного складу та дисперсності. Вельми позитивним є також те, що за електрохімічного оброблення, як правило, не збільшується засоленість води й виключається утворення більш токсичних забрудників. Цей метод забезпечує в ряді випадків не лише очищення, але й знезараження води.

Метою нашої роботи є дослідження електрохімічного руйнування саліцилової кислоти та її похідних на анодних матеріалах на основі плюмбум(IV) оксиду. Дослідження проводили із застосуванням електрохімічних, аналітичних методів, газо-рідинної хроматографії та УФ-спектроскопії.

Згідно з літературними даними, за анодного окиснення саліцилової кислоти може утворюватись досить велика кількість проміжних продуктів. До основних проміжних ароматичних продуктів можна віднести дигідроксибензойні кислоти. Досить простим і зручним методом оцінки електрокаталітичної активності електродного матеріалу є час зникнення проміжних ароматичних продуктів, який можна визначити за допомогою електронних спектрів поглинання розчинів.

Вихідний розчин саліцилової кислоти характеризується піком в області 290-300 нм. Через 30 хвилин електролізу спостерігається зменшення інтенсивності піку та поява площадки в області 250-270 нм, що обумовлено падінням концентрації саліцилової кислоти та утворенням проміжних ароматичних продуктів. Подальше збільшення часу електролізу призводить до зникнення піків у області 290-300 нм, а також зниження площадки в області 250-270 нм у зв’язку з повним руйнуванням саліцилової кислоти та проміжних продуктів. Через 5,5 годин електролізу відбувається повна конверсія ароматичних сполук із утворенням тільки аліфатичних продуктів.

Cаліцилова кислота з ферум(ІІІ) хлоридом утворює фіолетово забарвлені комплекси. Через 30 хвилин електролізу колір реакційної суміші змінився до синьо-фіолетового, що свідчить про часткову руйнацію саліцилової кислоти та накопичення 2,3-, 2,5-дигідроксибензойних та тригідроксибензойних кислот. Саме вони з хлоридом заліза дають темно-синє забарвлення. Через 2 години фіолетове забарвлення повністю зникло і розчин став інтенсивно синього кольору, що на наш погляд, свідчить про повну руйнацію саліцилової кислоти та накопичення гідрохінону, який швидко окиснюється до бензохінону. З часом колір розчину стає блакитним, світло-блакитним та безбарвним, що свідчить про поступову руйнацію ароматичних продуктів.

Процес окиснення на діоксидносвинцевих анодах, модифікованих іонами Bi3+ відбувається за 4 години, що на 1,5 години швидше порівняно з немодифікованими діоксидносвинцевими анодами, про що свідчать кінетичні розрахунки. За використання якісної реакції, ми не спостерігали появи фіолетово-синього забарвлення. Через 30 хвилин воно було синім, ще через 30 хвилин – насиченого блакитного, а через 180 хвилин забарвлення розчину практично зникло.

Повільніше процес протікає з використанням діоксидносвинцевих анодів, модифікованих іонами Ce4+. Як свідчать кінетичні розрахунки процес повної руйнації ароматичних сполук завершився через 5 годин Якісна реакція на похідні бензойної кислоти показала такий же перехід забарвлення, що і в випадку анодів модифікованих іонами бісмуту.

Встановлено, що під час руйнування саліцилової кислоти на першому етапі відбувається накопичення ароматичних продуктів гідроксилювання, а під час повної деструкції – руйнування ароматичної системи з утворенням аліфатичних сполук.

Показано, що використання PbO2, осадженого з метансульфонатних електролітів, а також модифікованих електродів дозволяє суттєво зменшити час конверсії саліцилової кислоти в аліфатичні продукти в порівнянні з діоксидносвинцевими анодами, одержаними за традиційної технології з нітратних розчинів. З найбільшою швидкістю реакція перебігає на анодах, модифікованих іонами бісмуту.