Фотокаталитическое окисление модельных органических красителей в присутствии ионов Na+, NO2–, NO3–: теоретические и прикладные аспекты

Исследовано влияние концентрации ионов Na+, NO2–, NO3– на скорость фотокаталитического окисления модельных органических красителей: катионный – метиленовый синий (МС); анионный – метиловый оранжевый (МО). На основе исследований гидрохимических показателей загрязненных рек урбанизированных территорий (г. Хабаровск, Россия) в период с 1999 по 2019 гг. показано, что концентрация ионов варьирует в диапазонах: 0,005–0,7 мг/л для NO2–; 0,05–15 мг/л для NO3–; 13–180 мг/л для Na+. Методом оптической спектрофотометрии исследована кинетика фотоокисления МС и МО в диапазонах концентраций исследуемых ионов: 0–1–10–100–1000–10 000 мг/л с использованием в качестве фотокатализатора оксида титана марки P25. Оценено время фотоокисления (t) при различных значениях степени превращения (α) красителей на начальной – 10 %t; средней – 50 %t; завершающей – 90 %t стадиях фотокаталитического процесса. Показан эффект поглощения ионами Na+/NO2– и Na+/NO3– квантов света с длинами волн 200–350 нм в зависимости от концентраций данных ионов в фотокаталитическом растворе. Даны рекомендации для практических применений метода фотокаталитической водоочистки реальных загрязненных вод, показывающие необходимость учета концентрации исследуемых ионов. Предложено описание наблюдаемого влияния ионов на скорость фотокаталитического окисления модельных органических красителей с позиции зонного строения полупроводников, элементов теории электролитической диссоциации и рекомбинаций свободных радикалов в фотокаталитических процессах.

1. Biao S., Chuanglin F., Xia L., Xiaomin G., Zhitao L. // Environmental Impact Assessment Review. 2023. V. 100. Art. 107092. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2023.107092

2. Li C., Mingxi Z., Jingzhe W., Zhiqin Z., Chengjiao D., Xiangxiang W., Shuling Z., Xiaohan B., Zhijie L., Zimin L., Linchuan F. // Science of The Total Environment. 2022. V. 835. Art. 155441. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155441

3. Xiao C., Yi F., Ying W., Fei W., Liyuan S., Rongzhen Z. // Science of The Total Environment. 2022. V. 850. Art. 157857. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157857

4. Ostin G., Juan F.S., Luisa F.E., Miquel C., Anna S., Martin T. // Environmental Pollution. 2022. V. 315. Art. 120366. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120366

5. Hassimi A.H., Mohd H.M., Nur 'Izzati I. // Journal of Water Process Engineering. 2020. V. 33. Art. 101035. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101035

6. Junjie L., Yueling Z., Yelin D., Deping X., Yajun T., Kechang X. // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2021. V. 47. Art. 101464. https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101464

7. Sabine O., Thomas S.K. // Ecological Economics. 2023. V. 208. Art. 107811. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2023.107811

8. Nasser M.H., Islam G., Maryam G.E. // Applied Surface Science Advances. 2023. V.15. P. 100395. https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2023.100395

9. Hoang Q.A., Thi P.Q.L., Nhu D.L., Xi X.L., Thi T.D., Josette G., Emma R., Shurong Z., Neung-Hwan O., Chantha O., Chaiwat E., Tien D.N., Quang T.N., Tran D.N., Trong N.N., Thi L.T., Tatsuya K., Rumi T., Shin T., Tu B.M., Thi A.H.N. // Science of The Total Environment. 2021. V. 764. Art. 142865. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142865

10. Ostin G., Juan F.S., Luisa F.E., Miquel C., Anna S., Martin T. // Environmental Pollution. 2022. V. 315. Art. 120366. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120366

11. Verena K., Uta P. // Environmental Pollution. 2023. V. 319. Art. 120960. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120960

12. Camilo Z., Daniela N., Freddy F., Ezequiel Z., Ming N., Frank A., Victor H.G. // Environmental Technology & Innovation. 2021. V. 22. Art. 101504. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101504

13. Шестеркин В.П., Афанасьева М.И., Шестеркина Н.М. // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2019. № 3. С. 42—51.

14. Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М., Шамов В.В. // В сб.: Историко-культурное и природное наследие Дальнего Востока на рубеже веков: проблемы изучения и сохранения. Материалы вторых Гродековских чтений. Хабаровский краевой краеведческий музей им. Н.И. Гродекова; Дальневосточная государственная научная библиотека; Хабаровский государственный педагогический университет; Приамурское географическое общество. Ответственный редактор Н.И. Рубан, 1999. С. 328—330.

15. Морина О.М., Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М., Иванова Е.Г. // В сб.: города Дальнего Востока: экология и жизнь человека. Материалы конференции (Дружининские чтения). 2003. С. 104—106.

16. Шестеркин В.П., Афанасьева М.И., Шестеркина Н.М. // В сб.: Экология и безопасность жизнедеятельности городов: проблемы и решения. Материалы 19-й Междунар. конф. городов-побратимов «Формирование и управление экологической политикой городов» и 6-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 2019. С. 255—258.

17. Petin A.N., Lebedeva M.G., Crimean O.V. // Belgorod: Publishing House of BelSU. 2006. Art. 252

18. Meena L., Babaji G. // Groundwater for Sustainable Development. 2023. V. 20. Art. 100888. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2022.100888

19. Jeevanantham S., Saravanan A., Hemavathy R.V., Kumar S.P., Yaashikaa P.R., Yuvaraj D. // Environmental Technology & Innovation. 2019. V. 13. P. 264—276. https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.12.007

20. John H., Theoni M.M., Simos M., Darem A., Inge van den B., Evina K., Balsam A., Heba G., Stefaan S., Luiz W., Hussam J. // Science of The Total Environment. 2018. V. 639.

21. Sameena N.M., Prakash C.G., Atul N.V., Sandeep N.M. // Journal of Water Process Engineering. 2020. V. 35. Art. 101193. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101193

22. Karthikeyan C., Prabhakarn A., Ramachandran K., Abdullah M.A., Karuppuchamy S. // Journal of Alloys and Compounds. 2020. V. 828. Art. 154281. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154281

23. Junhua Y., Yaozu G., Rui G., Xuanwen L. // Chemical Engineering Journal. 2019. V. 373. P. 624—641. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.05.071

24. Shahina R., Soo-Jin P. // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020. V. 84. P. 23—41. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.12.021

25. Krishna K.J., Swapnamoy D., Ishita B., Cheryl B.P., Ram K.S., Himadri T.D., Swati D., Vinod K. // Science of The Total Environment. 2022. V. 806. Part 3. Art. 151358. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151358

26. Zaitsev A.V., Astapov I.A. // Materials Letters. 2022. V. 310. Art. 131509. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.131509

27. Parul, Kamalpreet K., Rahul B., Prit P.S., Sandeep K. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020. V. 8. Is. 2. Art. 103666. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.103666

28. Kaviya P.S., Kanmani S. // Chemical Engineering Research and Design. 2020. V. 154. P. 135—150. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2019.11.035

29. Шестеркин В.П. // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. 2014. № 6. С. 748—753.

30. Xin Zhang, Yan Zhang, Peng Shi, Zhilei Bi, Zexuan Shan, Lijiang Ren. The deep challenge of nitrate pollution in river water of China // Science of The Total Environmen. 2021. V. 770. Art. 144674. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144674

31. Letícya L.C., Dachamir H., Arthur S.E., Suelen M., Gianluca L., Regina F. // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2019 V. 372. P. 1—10. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.11.048

32. Franco B., Julián O.O., Marcelo A., Maximiliano B. // Results in Engineering. 2022. V. 16. Art. 100765. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100765