Взаимодействие пероксида водорода с нанопористым материалом, полученным щелочной активацией бурого угля

Abstract

The work analyzes applications of carbon adsorbents in catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) being a variant of Advanced Oxidation Processes (AOPs). Under CWPO condition (concentration [Н₂О₂] ≤ 30 %, 20±2 °C) we have studied the activity of nanoporous adsorbent АC-К prepared by КОН-activation (800 °C, 1 h) of brown coal. We have compared АC-К with solid product of thermolysis (SPT) of brown coal formed under the same conditions without КОН. АC-К, which has a high adsorbtion activity, catalyzes decomposition of Н₂О₂ to form ОН-radicals. This allows to combine two environmentally important processes: concentration of organic pollutants on the surface of adsorbent and their further decomposition by ОН-radicals. Decomposition of Н₂О₂ in presence of АC-К or SPT is described by kinetic first-order equation and runs 20-30 times faster in contact with АC-К. Rate constants vary within the range of 0.053-0.28 min-1 (АC-К) and 0.002-0.012 min-1 (SPT) and grow under [Н₂О₂] increasing. Oxidative modification of АC-К and SPT surfaces under CWPO conditions has been studied. The dependence between content of ОН groups in modified АC-К (24 h) samples and [Н₂О₂] is described as a curve with a maximum at [Н₂О₂] = 10 %, where the maximum modifying effect and the highest increse in ОН-groups content (from 1.00 to 1.55 mmole/g) are observed. Modification level is negligible; only 1 % of oxidant reacts to form functional groups.

Рассмотрены применения углеродных адсорбентов в catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) как варианте Advanced Oxidation Processes (AOPs). В условиях CWPO (концентрация [Н₂О₂] ≤ 30 %, 20±2 °C) изучено поведение нанопористого адсорбента АУ-К, полученного КОН-активацией (800 °C, 1 ч) бурого угля. Проведено сравнение АУ-К с твердым продуктом термолиза (ТПТ) бурого угля, полученного в тех же условиях без КОН. АУ-К, обладающий высокой адсорбционной активностью, является катализатором разложения Н₂О₂ с образованием ОН-радикалов, что даёт возможность объединить два экологически значимых процесса: концентрирование органических экотоксикантов на поверхности адсорбента и их последующее расщепление ОН- радикалами. Разложение Н₂О₂ в присутствии АУ-К и ТПТ описывается уравнением кинетики I-го порядка и в контакте с АУ-К протекает в 20-30 раз быстрее. Константы скорости варьируются в интервалах 0,053-0,28 мин-1 (АУ-К) и 0,002-0,012 мин-1 (ТПТ) и с увеличением [Н₂О₂] возрастают. В условиях CWPO изучена окислительная модификация поверхности АУ-К и ТПТ. Зависимость содержания ОН-кислотных групп модифицированных образцов АУ-К (24 ч) от [Н₂О₂] передается кривой с максимумом при [Н₂О₂] = 10 %, где наблюдается максимальный модифицирующий эффект и наибольший прирост содержания ОН-групп (с 1,00 до 1,55 ммоль/г). Уровень модификации мал; не более 1 % окислителя идет на образование функциональных групп.