Разложение пероксида водорода
Каталитическое разложение пероксида водорода
Разложение пероксида водорода это процесс разделения молекулы воды на воду и кислород, так как концентрированная перекись непрочное соединение, уже при комнатной температуре на свету разлагается по реакции:
H 2 O 2 = H 2 O + O
Реакция ускоряется со прикосновением с катализаторами ( MnO 2 , PbO 2 и другие ).
Пероксид водорода весьма удобный объект для иллюстрации каталитического процесса, влияния различных катализаторов на скорость химической реакции. Измерение объема кислорода, выделяющегося при разложении пероксида водорода, позволяет проводить этот опыт количественно, притом с достаточной степенью точности.
Лабораторное разложение перекиси
Поэтому каталитическое разложение пероксида водорода удобный объект для научных исследований в области химической кинетики. То, что было осуществлено в науке химии как нечто новое, может быть повторено на внеурочных и факультативных занятиях как интересные ученические исследования.
Во время проведения демонстрационных экспериментов следует знать о пероксиде водорода (обычно 3%-ном) как о веществе, которое подвергается бурному разложению под действием различных катализаторов.
Pис. 2 Установка для количественного опыта разложения пероксида водорода:
1 -колба для перегонки, 2 — пробирка с катализатором. 3 — ч аша кристаллизационная, 4 — эвдиометр.
С этой целью в демонстрационные пробирки приливают по 30 мл раствора пероксида водорода и в каждый вносят одно из следующих веществ: оксид марганца (IV), оксид железа (III), активированный уголь, раствор перманганата калия, раствор хлорида железа (III), раствор дихромата калия, кусочек сырого мяса, содержащий фермент каталазу, находящуюся обычно в крови млекопитающих и человека.
Наблюдают за выделением пузырьков газа. Выделение кислорода подтверждают тлеющей лучинкой. Демонстрационные пробирки размещают в штативе с подсветом.
Количественный опыт каталитического разложения пероксида водорода может быть осуществлен в установке, показанной на рисунке 2. Для собирания газа можно использовать промышленный эвдиометр, имеющий градуировку. Различную скорость образования кислорода можно наблюдать в приборе, описание которого дано В. С. Полосиным, с использованием двух медицинских шприцев, а также с помощью установки для проецирования опытов на экран.
Активность катализатора
Для сравнение можно взять пероксид водорода с одинаковой массовой долей Н2О2 (например, 3%) и два катализатора, например, раствор, содержащий комплексный ион [Сu(NН3)4] 2+ и каталазу крови. Полуколичественные опыты для определения активности различных катализаторов разработал Г. П. Хомченко.
Рис. 3 . Определение активности различных катализаторов:
1 — пробирка с пероксидом водорода, 2 — колба с катализатором, 3 — стеклянная трубка с пробкой, 4 — Г образная газоотводная трубка, 5 — колба с водой, 6 — сифон, 7 — стакан с водой, 8 — зажимы.
Автор рекомендует проводить опыты в следующей последовательности:
1. Проверяют герметичность прибора (рис. 3), для чего закрывают пробки и открывают зажимы 8: вода не должна вытекать в стакан.
2. В пробирку 1 наливают 5 мл пероксида водорода (30%-ного) и перекрывают резиновую трубку зажимом 8.
3. В колбу 2 вносят катализатор и вставляют в нее трубку 3, соединенную с пробиркой 1.
4. Выравнивают давление внутри прибора с атмосферным давлением. С этой целью открывают зажим 8 сифона 6 и поднимают стакан 7 с водой так, чтобы вода в нем и в колбе находилась на одинаковом уровне, и затем снова закрывают зажим.
5. Воду выливают из стакана и наливают в него точный ее объем — 100 мл, предварительно отмерив его мензуркой.
6. Опускают кончик сифона 6 в стакан 7 с водой.
7. Открывают оба зажима 8 на приборе и быстро вливают пероксид водорода в колбу 2 с катализатором.
8. Через 3 мин вновь приводят давление внутри прибора к атмосферному давлению.
9. Закрывают зажим сифона 6 и измеряют объем воды, вытесненной в стакан кислородом.
10. Из измеренного объема воды вычитают 100 мл, т. е. объем воды, ранее добавленной в стакан.
По количеству выделившегося кислорода располагают испытанные катализаторы в порядке возрастания их каталитической активности.
Физические свойства пероксида водорода Н2О2
Сильный окислитель. Мол. массе 34,01; коэф. рефр. 1,4067 при 25 °С; плотн. 1448 кг/м 3 ; т. кил 69,7 °С при 3,72 кПа и 80,2 °С при 6,25 кПа. Смешивается в любых соотношениях с водой. При воздействии 65% -ного р-ра Н2О2 на бумагу, опилки и другие горючие вещества происходит их воспламенение.
Концентрированный раствор может взрываться. Для раствора пероксида водорода низкой концентрации возможно саморазложение при воздействии тепла, в присутствии органиче ской пыли или веществ, действующих каталитически (металлы, соли металлов). Хранить растворы пероксида водорода в темном прохладном месте . В присутствии Н2О2 средства тушения обильные струи воды.
Статья на тему Разложение пероксида водорода
Похожие страницы:
Понравилась статья поделись ей
Источник
Научно-исследовательская работа «Сравнение активности катализаторов разложения перекиси водорода»
XXV Cтавропольская краевая открытая научная конференция школьников
Секция: Химия и химические технологии
« Сравнение активности катализаторов разложения перекиси
Нагайка Алина Вадимовна
10 класс, МБОУ СОШ № 8
Место выполнения работы:
г. Невинномысск, ул. 30 лет Победы, 6
Толкачёва Татьяна Вячеславовна,
учитель биологи и химии МБОУ СОШ № 8,
Глава 1. Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности.
1. 1 Сточные воды пищевой промышленности…….…………………………..4
1. 2 Влияние сточных вод на состояние водоемов.……………………………5
1. 3 Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека …… ………5
1. 4 Методы очистки сточных вод………………………………………………5
1.4.4 Физико-химический метод …………………………………………….8
Глава 2 . Методы, материалы и методика исследований .
2. 1 Методы и материалы исследований ………………… …………………….. 9
2. 2 М етодика исследований ………… ………………………………………….9
2. 3 Результаты исследования…………………..………………… ……………10
С каждым годом все острее встает проблема взаимоотношений человека с окружающей средой. Развитие промышленности, стремительное освоение некогда заповедных районов в ряде случаев нанесли природе неисправимый ущерб. Сброс промышленных сточных вод приводит к загрязнению естественных водоемов. Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши.
В настоящее время проблема загрязнения водных объектов является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение — «вода — это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения наносят ущерб водоемам, избыток органических и минеральных веществ также опасны для водных экосистем. Сточные воды мясной, молочной и пивоваренной промышленности занимают по загрязнениям одно из первых мест среди других видов пищевой промышленности [ 11 ] . Для их очистки может использоваться пероксид водорода, который имеет ряд преимуществ перед другими окислителями. Интенсифицировать этот процесс можно, используя различные катализаторы.
Цель моей работы: сравнить активность катализаторов разложения перекиси водорода.
В соответствии с целью исследования я поставила перед собой следующие задачи:
— Ознакомиться с литературой и информацией, выложенной на сайтах в Интернете
— Определить скорость разложения перекиси водорода в присутствии некоторых катализаторов
— Дать практические рекомендации по использованию катализаторов разложения перекиси водорода для окисления органических веществ, содержащихся в стоках пищевой промышленности.
Мною были использованы следующие методы исследования:
— Изучение литературы и информации, выложенной на сайтах в Интернете
— Сравнительный анализ активности катализаторов разложения перекиси водорода
Глава 1. Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности.
1. 1 Сточные воды пищевой промышленности
Сточные воды предприятий пищевой промышленности разнообразны как по компонентному составу, так и по концентрации, и представляют собой сложную физико-химическую систему, в которой наряду с растворенными веществами содержатся частицы различной степени дисперсности. Помимо взвешенных веществ, стоки предприятий содержат значительное количество растворенных веществ, удаление которых возможно только химическим или биохимическим путем. Помимо фазово-дисперсного состава сточной воды и общего содержания примесей важнейшей ее характеристикой является химическая природа и концентрация компонентов-загрязнителей. Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества естественного происхождения [9]
В производственные стоки мясной промышленности попадают жир, частицы мяса, кровь, белки, соль, фосфаты [ 6 ] . Производственные сточные воды молочных заводов содержат белковые вещества, углеводы и жиры, они быстро повергаются загниванию и закисанию. Наступает сбраживание молочного сахара в молочную кислоту, что приводит к осаждению казеина и других протеиновых веществ. Загнивание последних сопровождается выделением очень неприятного запаха, рН сточных вод при этом снижается до 4,5. Самыми опасными для водоемов являются сточные воды, сбрасываемые при производстве казеина, твердых сыров и творога. Кроме перечисленных выше загрязнений, содержат химические соединения, применяемые для мойки емкостей, аппаратуры и полов (детергенты) [ 4 ] .
Температура общих сточных вод пивоваренных заводов близка к 20 0 С. Реакция почти нейтральная, период времени, в течение которого они загнивают, очень короткий и составляет 2-3 ч. В случае особо низких концентраций этот период несколько более длительный. Сточные воды содержат сравнительно большое количество биогенных элементов: азота, фосфора и калия. Это имеет большое значение при сельскохозяйственном использовании сточных вод и при их биологической очистке. Показатели, характеризующие загрязнения сточных вод — в среднем в два раза выше, чем в типичных городских стоках, но на отдельных предприятиях они могут быть несколько меньшими, а на других — в несколько раз большими [ 3 ] .
В технологии пищевых производств действующим законодательством запрещено применение веществ, попадание которых в продукты недопустимо, поэтому сточные воды пищевых предприятий не содержат ксенобиотиков (веществ, чуждых жизни). Отсутствует или крайне ограничено содержание и стоках тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других опасных веществ [ 6,9 ] .
1. 2. Влияние сточных вод на состояние водоемов
Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств среды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава, в частности, появления в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.
Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах [ 5 ] .
В состав органических загрязнителей входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. Окисление этих элементов обуславливают многие неблагоприятные ситуации, создающиеся в загрязненных реках и озерах.
При попадании органических веществ со сточными водами концентрация растворенного кислорода уменьшается. Это вызвано окислением органических веществ бактериями или простейшими. Естественное перемешивание воды с воздухом в принципе способно возместить удаленный кислород, однако это происходит не сразу [ 8].
1. 3 Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека
Значение воды для поддержания здоровья населения на высоком уровне обусловлено той ролью, которую она играет для удовлетворения физиологических и гигиенических потребностей, а также рекреационных целей ( c мотри приложение 1. Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека).
1. 4. Методы очистки сточных вод
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленные сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.
Очисткой сточных вод называется их обработка с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Методы очистки можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.
В комплекс очистных сооружений, как правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться [ 7 ] .
1.4.1 Механическая очистка
Этот метод очистки сточных вод применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. Механическая очистка позволяет выделить из промышленных вод до 95% примесей, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве. В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов. Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод. Усреднение достигается либо дифференцированием потока поступающей сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков. Первичные отстойники применяются для выделения из сточных вод взвешенных веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника, или всплывают на его поверхность.Для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию [ 2 ] .
1.4.2 Химический метод
Этот метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых – до 25%.
1.4.3 Биологический метод
Широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод, основанный на использовании закономерностей биохимического самоочищения рек и других водоемов. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Используются различные типы биологических устройств: биофильтры, биологические пруды и аэротенки. Перед биологической очисткой сточные воды подвергают механической очистке, а после биологической (для удаления болезнетворных бактерий) и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.). Биологический метод дает лучшие результаты при очистке коммунально-бытовых отходов, а также отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна [ 1 ] .
1. 4. 4 Физико-химический метод
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Из физико-химических методов чаще всего применяются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д., а также электролиз. Сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионно-обменных смол и высокого давления. Хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования [ 12 ] .
Содержание органических веществ в сточной воде обусловлено таким показателем, как окисляемость. В зависимости от загрязненности сточные воды содержат определенное количество веществ, способных взаимодействовать с сильными окислителями — перманганатами, бихроматами, пероксидами и т. д. [ 9] .
Выводы по первой главе
Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества естественного происхождения, что ведет к сокращению в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ, появлению новых бактерий, в том числе и болезнетворных. Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах. Для очистки сточных вод может использоваться пероксид водорода. Интенсифицировать этот процесс можно, используя различные катализаторы.
Глава 2. Методы, материалы и методика исследований .
2. 1. Методы и материалы исследований
Мною были использованы следующие методы исследования: изучение литературы и информации, выложенной на сайтах в Интернете , сравнительный анализ активности катализаторов разложения перекиси водорода.
Материалом исследований является пероксид водорода и катализаторы его разложения: CoSO 4 ∙7 H 2 O , NiSO 4 ∙7 H 2 O , KOH , MnSO 4 , MnO 2 , Fe ( NO 3 ) 3 , KI , ZnSO 4 , CuSO 4 ∙ 5H 2 O , K 3 [ Fe ( CN ) 6 ], CuCl 2 , ZnO , K 4 [Fe(CN) 6 ], KMnO 4 , Pb ( CH 3 COO ) 2 ∙3 H 2 O .
По сравнению с другими окислителями, применяемыми в технологии очистки воды, пероксид водорода обладает рядом преимуществ ( c мотри приложение 2. Преимущество пероксида водорода в практике очистки производственных сточных вод). Пероксид водорода — сильный окислитель. Процесс окисления органических веществ пероксидом водорода можно интенсифицировать введением различных катализаторов; повышением температуры до значений > 50 0 С; одновременной обработкой кислородсодержащим газом при повышенной температуре.
Пероксид водорода обладает и окислительными , и восстановительными свойствами. ( c мотри приложение 3 . Свойства перекиси водорода).
В качестве катализаторов мною были выбраны вещества, содержащие металлы с валентностью не менее II , в основном, металлы побочных подгрупп. Активными катализаторами распада, интенсифицирующими процесс окисления, являются металлы переменной валентности (Fe, С u , М n , Со, С r ) и их соли. Способствует распаду пероксида водорода щелочная среда. Каталитическое действие щелочи сводится к увеличению электролитической диссоциации пероксида водорода, что содействует образованию свободного гидроксид – иона и ускорению распада пероксида [10].
2. 2 . М етодика исследований [ 13 , 15 ] .
Пероксид водорода в водных растворах медленно разлагается. Разложение пероксида водорода ускоряется в присутствии катализатора.
Измеряется скорость разложения пероксида водорода при комнатной температуре в присутствии различных катализаторов [ 15 ]. Скорость реакции обратно пропорциональна времени ее протекания. Последнее определяется как разность между временем окончания и начала выделения пузырьков газа. О бъем кислорода
определяют газометрически. Эксперимент выполняют на специальной установке [ 13 ]. Я заменила реакционный сосуд, рекомендованный в методике, на сосуд Ландольта, что позволило мне избежать потерь кислорода при реакции (смотри приложение 4. Рисунок 1).
Бюретка и уравнительный сосуд заполнены водой, которая для лучшей видимости мениска подкрашена. Уравнительный сосуд (3), передвижением его вниз или вверх при открытом кране (4), устанавливают так, чтобы уровень в бюретке (2) был на нуле. В двугорлую пробирку в разные колена помещают 1 мл 3 % — го водного раствора пероксида водорода и 1 см 3 сухого катализатора. С помощью секундомера измеряется время протекания реакции (от начала и до окончания выделения пузырьков газа) в обеих пробирках, а также окраску раствора и объем кислорода (смотри приложение 5. Фото 1, 2) Рассчитывают условную скорость реакции по формуле: V=1000 / t , где t — время протекания реакции.
3 . Результаты исследования.
В соответствии с данными таблицы 1 (смотри приложение 6), быстрее всего перекись водорода разлагалась в присутствии оксида марганца ( IV ), при этом выделилось 9,3 мл кислорода. Второй результат показал перманганат калия, третий — гидроксид калия. Но, в присутствии щелочи, несмотря на высокую скорость разложения, объем кислорода составил всего 0,3 мл. Высокую скорость разложения перекиси водорода и большой объем кислорода можно было наблюдать в присутствие йодида калия и хлорида меди ( II ). Но в этих случаях, соответственно, выделялись и пары йода (сосуд Ландольта заполнился фиолетовыми парами), и хлор (светло – желтый газ), так как протекала окислительно-восстановительная реакция [14] .
Для ускорения разложения перекиси водорода я предлагаю использовать оксид марганца ( IV ) и перманганат калия. Результаты моей работы можно использовать для очистки сточных вод пищевой промышленности и демонстраций на уроках химии при изучении темы «Скорость химических реакций».
Гавриленков А.Ч . Экологическая безопасность пищевых производств. – С-П. Гиорд, 2006. – 272 с.
Денисова В.В. Экология . – Р остов: МарТ, 2002 . – 640 с.
Кац В.М. Вода и сточные воды пищевой промышленности. — М: Пищевая промышленность, 1979. – 438 с
Лоренц В.И. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. Киев, 1972. – 188 с.
Львович М.И. Вода и жизнь. – М: Мысль, 1986. – 254 с.
Пальгунов Н.В., Абрамов А.Н. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих заводов // Экология и промышленность России. — 2000. — №12. – С.4-6.
Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. М: Финансы и статистика, 2001. — 690 с.
Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. Книга 2. Загрязнение воды и воздуха. – М: Мир, 1995. — 196 с
Влияние загрязненных природных вод на здоровье человека.
Согласно данным ООН, в мире выпускается около 1 млн. наименовании в год ранее не существовавшей продукции, в том числе до 100 тыс. химических соединений, из которых почти 15 тыс. являются потенциальными токсикантами. Росту числа заболеваний, обусловленных загрязнением воды, способствует тот факт, что на очистные сооружения водопроводных станций поступает вода низкого качества. По оценкам американских ученых, многие реки, используемые как источники питьевой воды, содержат не менее 10% очищенных сточных вод. Попытки выявить интоксикации или заболевания, связанные с загрязнением водоисточников химическими веществами, предпринимаются с середины 20 века. Однако, несмотря на интенсивное загрязнение рек и озер ксенобиотиками, достоверные данные о влиянии их на здоровье человека ограничены, а подчас ненадежны и разноречивы. С одной стороны, это – следствие того, что участки водоемов, используемые для хозяйственно – питьевого водоснабжения, находятся в зонах санитарной охраны, а, следовательно, под строгим санитарным контролем. С другой стороны, интенсивное загрязнение водного объекта, как правило, исключает неорганизованное использование его для питьевых целей либо по эстетическим соображениям, либо из-за неблагоприятных органолептических свойств воды. Сказанное выше никоим образом не снимает остроты проблемы охраны здоровья в связи с химическим загрязнением водных объектов. Следует помнить, что очистные сооружения водопроводной станции не обладают барьерной функцией по отношению к растворенным в воде химическим веществам. Более того, не исключается возможность неблагоприятного действия растворенных в воде веществ опосредовано, через биологические цепи. Главным с гигиенических позиций требованием к качеству питьевой воды является ее безопасность в эпидемическом отношении. Другими словами, вода не должна вызывать заболеваний, обусловленных действием биологического фактора (загрязнителя). По данным ВОЗ, около 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Так, на планете количество заболевших от использования загрязненной воды приближается к 2 млрд. человек. Водным путем передается большинство кишечных инфекций [ 7 ] .
Преимущество пероксида водорода в практике очистки производственных сточных вод.
По сравнению с другими окислителями, применяемыми в технологии очистки воды, пероксид водорода обладает следующими достоинствами: экологической чистотой (отсутствием вторичного загрязнения воды продуктами восстановления реагента); возможностью использования в широком диапазоне температур и значений рН среды; высокой селективностью окисления различных примесей сточных вод; хорошей растворимостью в воде; высокой стабильностью товарных растворов окислителя при хранении; простотой аппаратурного оформления процессов очистки воды. Вследствие своих преимуществ пероксид водорода получил широкое распространение в практике очистки производственных сточных вод. Наиболее часто он используется для обезвреживания соединений серы: сероводорода и сульфидов, сульфитов, тиосульфатов и прочих. Сероводород весьма токсичный компонент сточных вод, способен к биохимическому окислению кислородом воздуха с образованием серной кислоты, что приводит к коррозии бетона и металлов. Присутствие сероводорода в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водоемы, по санитарно-гигиеническим соображениям не допускается. Не менее токсичны такие соединения серы, как органические и неорганические сульфиды, меркаптаны, тионаты. Пероксид водорода используется для их обезвреживания.
По отношению к сероводороду и сульфидам пероксид водорода является селективным окислителем, что обусловлено относительно быстрым протеканием реакции окисления соединений серы и химической инертностью пероксида водорода к аммонийным и многим органическим соединениям, обычно встречающимся в сточных водах, и выгодно отличает его от других окислителей. Обезвреживание сероводорода в бытовых водах следует проводить в напорных сетях и в протяженных самотечных коллекторах.
Пероксид водорода используется также для обезвреживания цианистых соединений, нитритов и хлора.
В нашей стране для обезвреживания цианистых соединений обычно используют хлор и хлорсодержащие реагенты. Однако такое обеззараживание имеет существенные недостатки: необходимость поддержания высоких значений рН и невозможность использования этих реагентов при высоких концентрациях цианидов из-за опасности выделения токсичных продуктов хлорирования (хлорцианидов). Пероксид водорода таких недостатков не имеет. Он взаимодействует с цианидами с образованием цианатов, которые затем разлагаются на аммиак и диоксид углерода. При низкой концентрации цианидов (менее 100 мг/л) могут потребоваться катализаторы, лучшим из которых является медь в ионной форме, используемая в количестве 5—10 мг-иона на 1 л сточных вод. Остаточное содержание цианидов обычно не превышает 0,1 мг/л.
Процесс обезвреживания нитрит – содержащих сточных вод пероксидом водорода применяется в качестве альтернативного процессу обработки гипохлоритом натрия, который может образовывать устойчивые к биохимическому окислению токсичные хлорпроизводные, что ограничивает его применение. Пероксид водорода взаимодействует со всеми формами свободного хлора, но, в то время, как хлор и хлорноватистая кислота реагируют медленно, гипохлориты разрушаются очень быстро. Поэтому дехлорирование пероксидом водорода рекомендуется проводить при рН ≈ 7 – 9. В этом случае гипохлорит-ионы являются преобладающей формой присутствующего активного хлора. Пероксид водорода очень медленно взаимодействует со связанным активным хлором (в виде хлораминов), поэтому если связанный активный хлор является преобладающей формой остаточного хлора, то дехлорирование пероксидом водорода не рекомендуется.
Отдельной областью применения пероксида водорода является очистка воды от растворов соединений тяжелых металлов, где используются как окислительные, так и восстановительные свойства этого реагента. Упомянутые соединения токсичны для большинства форм жизни водоемов, что вызывает необходимость обезвреживания содержащих их сточных вод. Кроме того, применение пероксида водорода позволяет регенерировать технологам растворы, содержащие ценные компоненты, например, соли серебра. Это дает возможность повысить экономическую эффективность основных производств, процессов, поскольку стоимость регенерирующих компонентов значительно превышает затраты на используемый реагент.
Пероксид водорода применяют для обезвреживания различных органических соединений при очистке производственных сточных вод. Наиболее часто используют процессы окисления формальдегида, гидрохинона и фенолов.
Некоторые названные выше обезвреживаемые соединения являются сильными восстановителями (сероводород, сульфаты, формальдегид и др.). Для них пероксид водорода может быть использован в качестве реагента – окислителя без катализаторов. Однако иногда его окислительный потенциал оказывается недостаточным (окисление цианидов, гидрохинона, фенола, красителей, ПАВ). В качестве катализаторов часто применяют соли железа и меди. Композиция из пероксида водорода и соли железа, известная под названием реагента Фентона, используется для окисления фенолов, меркаптанов, ПАВ, красителей. При этом образуются активные частицы с высоким окислительным потенциалом.
Наряду с использованием традиционных катализаторов получила распространение физическая активизация процесса окисления пероксидом водорода — применение разного рода полей и излучений. Совместное применение УФ-излучения и пероксида водорода позволяет разрушить практически все трудноокисляемые примеси воды. Это объясняется тем, что фотохимический распад пероксида водорода протекает с образованием радикалов, обладающих наиболее высоким окислительным потенциалом. Эти радикалы затем вступают в реакции между собой и с примесями воды. Для ускорения процесса окисления в систему могут быть введены катализаторы фотохимической реакций (фотосенсибилизаторы), в качестве которых выступают ионы железа, некоторые красители, оксиды церия, титана и прочие. Разработана технология предварительной обработки воды, в частности паровых конденсатов, пероксидом водорода с УФ-облучением перед ионным обменом с целью удаления из них органических примесей. Существуют технологические схемы обезвреживания концентрированных сточных вод, содержащих используемые в пожаротушении пенообразователи, пероксидом водорода в сочетании с УФ-облучением в кислой среде при повышенной температуре (80°С) в присутствии катализатора — сернокислого железа. После нейтрализации очищенные сточные воды могут быть сброшены в городскую канализацию. Деструктивное окисление пероксидом водорода в сочетании с УФ-облучением — один из наиболее эффективных и перспективных методов обезвреживания сточных вод тепличных хозяйств и различных складов ядохимикатов, содержащих пестициды. После обработки очищенные сточные воды могут быть сброшены в городскую канализацию или направлены на повторное использование. Емкости для хранения пероксида водорода и трубопроводы его подачи рекомендуется изготовлять из полиэтилена высокого давления нестабилизированного, неокрашенного полиэтилена низкого давления, алюминия или стали. Контейнеры с пероксидом водорода размещают в изолированном помещении, обеспечивающем защиту от воздействия солнечных лучей и температуру не выше 30°С. Допускается хранение пероксида водорода на открытой площадке, снабженной навесом, исключающим попадание прямых солнечных лучей, в контейнерах с изотермическим устройством, обеспечивающим температуру продукта не выше 30°С и не ниже -25 С.
К достоинствам технологических схем с использованием в качестве реагента-окислителя пероксида водорода относится также возможность автоматизации процесса с использованием датчиков окислительно-восстановительного потенциала. Присутствие остаточных концентраций пероксида водорода в очищенной воде способствует процессам последующей аэробной биологической очистки [ 10 ].
Свойства перекиси водорода
Оба атома кислорода находятся в промежуточной степени окисления −1, что и обуславливает способность пероксидов выступать как в роли окислителей, так и восстановителей. Наиболее характерны для них окислительные свойства:
При взаимодействии с сильными окислителями пероксид водорода выступает в роли восстановителя, окисляясь до атомарного кислорода:
Молекула пероксида водорода сильно полярна, что приводит к возникновению водородных связей между молекулами. Связь O—O непрочна, поэтому H2O2 — неустойчивое соединение, легко разлагается. Так же этому может поспособствовать присутствие ионов переходных металлов . В разбавленных растворах пероксид водорода тоже неустойчив и самопроизвольно диспропорционирует на H2O и 2O. Реакция диспропорционирования катализируется ионами переходных металлов, некоторыми белками:
Однако очень чистый пероксид водорода вполне устойчив.
Пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства (К = 1,4·10 −12 ), и поэтому диссоциирует по двум ступеням:
При действии концентрированного раствора Н2O2 на некоторые гидроксиды в ряде случаев можно выделить пероксиды металлов, которые можно рассматривать как соли пероксида водорода ( Li 2 O 2 , MgO 2 и др.):
Пероксид водорода может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Например, при взаимодействии с оксидом серебра он является восстановителем:
В реакции с нитритом калия соединение служит окислителем:
Пероксидная группа [—O—O—] входит в состав многих веществ. Такие вещества называют пероксидами, или пероксидными соединениями. К ним относятся пероксиды металлов ( Na 2 O 2 , BaO 2 и др.). Пероксид водорода обладает окислительными , а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты , выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей . Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра , а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде.
При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например:
При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород:
Реакцию KMnO 4 с Н2O2 используют в химическом анализе для определения содержания Н2O2:
Окисление органических соединений пероксидом водорода, (например, сульфидов и
тиолов ) целесообразно проводить в среде уксусной кислоты [14].
Источник
