Chemistry for Sustainable Development 15 (2007) 705-710 Nitrophenol Oxidation in Water with the Use of Hydrodynamic Cavitation

Abstract The role of the hydrodynamic cavitation for initiating and supporting chain-radical reactions of oxidation of organic substrates, among them 4-nitrophenol (4-NP), with Fenton's reagent (H 2 O 2 + Fe 2+ ) has been shown. Fe 2+ ions were supplied into solution by dissolving split steel shot or steel chips in cavitation reaction vessel. At initial concentrations of 4-NP and H 2 O 2 of 6.7 × 10 -5 and 4.02 × 10 -4 mol/L, respectively, the degree of phenol conversion at pH 3.4 reaches 98 %. The diagram of the set-up designed to treat sewage with productivity 0.5 m 3 /h and the description of the equipment for cavitation generation are presented

Sonochemical Oxidation of Bisphenol A Under of High-Frequency Ultrasound

Изучены закономерности деструкции Бисфенола А (БФА) в водных растворах при воздействии акустической кавитации 1,7 МГц (УЗ), в Фентон-подобной железо-персульфатной системе и в комбинированной системе . Доказано, что высокочастотный ультразвук мегагерцового диапазона по сравнению с низкочастотным является более энергоэффективным для осуществления сонохимических реакций. Установлено, что скорость реакции окисления БФА возрастает в ряду: . Показано, что в комбинированной окислительной системе наблюдается полная деструкция таргетного соединения, при этом минерализация общего органического углерода достигает 30 %The paper presents the results of investigations on the use of high-frequency ultrasonic cavitation of 1.7 MHz (US), in the Fenton-like iron-persulfate system and in the combined system for destruction Bisphenol A (BPA) in aqueous solutions. The studies revealed that the most effective treatment process involves high-frequency ultrasound in the megahertz range, compared to low-frequency ultrasound, is more energy efficient for sonochemical reactions. The results of this research revealed that the rate of the BPA oxidation reaction increases in the series: . The oxidative system, complete destruction of the target compound is observed, while the mineralization of total organic carbon reaches 30

Photochemical Destruction of Methyl Orange Azo Dye in a Combined Iron-Persulfate System

Изучены закономерности окислительной деструкции биорезистентных органических соединений, на примере азокрасителя метилового оранжевого (МО), в инициированных естественным солнечным излучением окислительных системах. По степени превращения МО и эффективности обесцвечивания раствора рассмотренные окислительные системы можно выстроить в ряд: {Fe0/S2O8 2-/Solar}>{S2O8 2-/Solar}>{Fe0/S2O8 2-}>{Solar}. Установлено, что лишь в Solar-индуцированной Фентон-подобной окислительной системе {Fe0/S2O8 2-/Solar} происходит не только полное превращение МО, но и его минерализация (43–72 %). В реальной водной матрице (в природной поверхностной воде р.Селенга) наблюдается ингибирование окислительных процессов, что обусловлено преимущественно влиянием гидрокарбонатов. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования окислительной системы {Fe0/S2O8 2-/Solar} при разработке инновационных технологий глубокой очистки сточных вод, содержащих биорезистентные органические соединенияRegularities of oxidative degradation of bioresistant organic compounds were studied, using the methyl orange azo dye (MO) as the target, in oxidative systems initiated by natural solar irradiation. According to the conversion degree of MO and the efficiency of solution discoloration, the considered oxidative systems can be arranged in the following order: {Fe0/S2O82-/Solar}>{S2O82-/Solar}>{Fe0/S2O82-}>{Solar}. It has been established that only in the Solar-induced Fenton- like oxidative system {Fe0/S2O82-/Solar}, not only complete conversion of the MO occurs, but also its mineralization (43–72 %). In a real water matrix (in the natural surface water of the Selenga River), inhibition of oxidative processes is observed, which is mainly due to the influence of hydrocarbonates. The obtained results indicate the prospects of using the oxidative system {Fe0/S2O82-/Solar} in the development of innovative technologies for deep treatment of wastewater containing bioresistant organic compound

Effect of Anions and Related Organic Compounds on the Kinetics of Thiocyanate Oxidation in a Solar-induced Oxidative System

Изучено влияние анионов (гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов) и органических соединений (ксантогенатов) на кинетику окисления тиоцианатов в фотоиндуцированной железо-персульфатной системе с использованием в качестве источника излучения естественного солнечного света. Установлено, что введение в раствор анионов ингибирует процесс деструкции тиоцианатов. Максимальное влияние оказывают гидрокарбонаты; так, при концентрации HCO3 – 1 мМ время обработки, необходимое для полной деструкции тиоцианатов, увеличилось с 6 до 15.7 мин. При высоких концентрациях гидрокарбонатов (≥5 мМ) эффективность окисления тиоцианатов не превышает 52 %. Введение в раствор бутилового ксантогената не оказывает существенного влияния на процесс фотохимического окисления тиоцианатов. В реальных водных матрицах (водопроводной воде и оборотной воде хвостохранилища золотоизвлекательной фабрики) окислительные процессы существенно замедляются. В водопроводной воде этот эффект обусловлен преимущественно влиянием гидрокарбонатов, а в сточной воде – многокомпонентным характером водной матрицы. Эффективность очистки сточных вод от тиоцианатов при этом составила 100 %, по ХПК – 82 %, по растворенному органическому углероду – 65 %. Цианиды в очищенной воде не обнаруженыThe effect of anions (hydrocarbonates, chlorides, sulfates) and organic compounds (xanthates) on the kinetics of thiocyanate oxidation in a photoinduced iron-persulfate system was studied using natural sunlight as a radiation source. It was found that the introduction of anions into the solution inhibits the degradation of thiocyanates. Hydrocarbonates have the maximum effect, so at a HCO–3 concentration of 1 mM, the processing time required for the complete destruction of thiocyanates increased from 6 to 15.7 minutes. At high concentrations of bicarbonates (≥5 mM), the oxidation efficiency of thiocyanates does not exceed 52 %. The adding of butyl xanthate into the solution has no significant effect on the photochemical oxidation of thiocyanates. In real water matrices (tap water and circulating water of the tailing dump of a gold mining plant), oxidative processes are significantly slowed down. In tap water, this effect is mainly due to the influence of hydrocarbonates, and in waste water, it is due to the multicomponent nature of the water matrix. The efficiency of wastewater treatment from thiocyanates was 100 %, for COD – 82 %, for dissolved organic carbon – 65 %. No cyanides were found after the treatmen

Кавитационная активация процессов деструкции и минерализации Бисфенола А

The present study is the first report on applying combination of low-pressure hydrodynamic cavitation and high-frequency ultrasound in the megahertz range (1.7 MHz) in a single reactor system (hydrodynamic-acoustic cavitation – HAC) in sulfate radical-based advanced oxidation processes (SR- AOPs) for degrading bisphenol A (BPA). A comparative evaluation of individual, combined and hybrid oxidation systems has been provided. The degradation efficiency of the target compound increases in the following order: AC < HC < HAC < HC/PS ≈ AC/PS < HAC/PS<< HAC/PS/Fe2+. The combination of two types of persulfate (PS) activation (cavitation and Fe2+ ions) in the hybrid oxidation system HAC/PS/ Fe2+ shows significant synergistic effects due to faster and more efficient generation of reactive oxygen species (ROS) from PS. Only in hybrid HAC/PS/Fe2+ system, along with the almost complete oxidation of BPA (97 %), a quite high mineralization (up to 60 %) in terms of total organic carbon (TOC) decay has been achieved without accumulation of toxic intermediates. Radical quenching tests showed that both SO4• – and HO• radicals are involved in the hybrid HAC/PS/Fe2+ system, with HO• being more dominant. The effects of pH, inlet pressure, Fe2+ and PS concentrations were studied and discussed. The influence of natural organic matter (NOM) and coexisting inorganic anions (SO42-, Cl- and HCO3-) were also examined, but only Cl- (10 mM) had a promoting effect on BPA degradation. This study demonstrates the great potential of hybrid HAC/PS/Fe2+ process for effective degradation of emerging organic contaminants with good scale-up capabilitiesВпервые исследованы основные закономерности процессов деструкции Бисфенола А (БФА) персульфатом (ПС) при одновременном воздействии низконапорной гидродинамической кавитации (ГК) и высокочастотного ультразвука (АК) мегагерцового диапазона (1,7 МГц) в совмещенной реакционной системе ГАК (гидродинамическая-акустическая кавитация). Дана сравнительная оценка индивидуальных, комбинированных и гибридных окислительных систем. Эффективность деструкции целевого соединения возрастает в ряду: AК < ГК < ГАК < ГК/ ПС ≈ AК/ПС < ГАК/ПС<< ГАК/ПС/Fe2+. При сочетании двух видов активации персульфата – кавитационной и ионами Fe2+, в гибридной окислительной системе ГАК/ПС/Fe2+ наблюдается значительный синергический эффект, обусловленный более быстрым и эффективным образованием активных форм кислорода из персульфата. Только в гибридной системе ГАК/ ПС/Fe2+ наряду с практически полным окислением БФА (97 %) достигается достаточно высокая минерализация целевого соединения (до 60 %) без накопления токсичных промежуточных продуктов. С использованием ингибиторов радикальных реакций показано, что в гибридной системе ГАК/ПС/Fe2+ участвуют радикалы SO4•- и HO•, причем вклад гидроксильных радикалов является доминирующим. Изучено влияние pH, давления на входе, концентраций Fe2+ и ПС. Кроме того, исследовано влияние природного органического вещества и сопутствующих неорганических анионов (SO42-, Cl- и HCO3-), установлено промотирующее влияние Cl- (10 mM) на процесс дегратации БФА. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования гибридной системы ГАК/ПС/Fe2+ для эффективного разложения биорезистентных органических загрязнителе