Новые катализаторы для обезвреживания

токсичных сточных вод

Резинских З.Г., Горбатенко Ю.А., Первова И.Г., Липунов И.Н.

(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ) biosphera@usfeu.ru, family@k66.ru

New catalysts for treatment of toxic waste water

Переработка сернисто-щелочных сточных вод, содержащих токсичные сульфидные соединения, является одной из актуальных проблем деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных производств. Используемые для данных стоков на многих предприятиях методы очистки, такие как отпарка, дегазация, карбонизация [1], требуют больших энергетических затрат и являются неэкологичными вследствие вторичного загрязнения воздуха сероводородом и сернистым ангидридом.

Наиболее перспективным считается метод каталитического окисления кислородом воздуха токсичных сульфидов до нетоксичных сернистых соединений – сульфатов по реакции:

H₂S + 2O₂ = H₂SO₄

Na₂S + 2O₂ = Na₂SO₄

В качестве катализаторов в последнее время всё большее распространение находят системы, в которых сформированный каталитический комплекс посредством физических сил или химических связей прикреплен к твердой подложке полимерного носителя. Данные системы занимают особое место в современной каталитической химии, поскольку позволяют сочетать в себе некоторые особенности гомогенных катализаторов с технологическими преимуществами гетерогенных. Применение подобных катализаторов позволяет избежать таких технических трудностей, как возможность коррозии оборудования, опасность загрязнения окружающей среды продуктами нейтрализации катализатора [2, 3]. В качестве носителей комплексов все чаще используют полимерные материалы – иониты различного типа.

Известно [4], что активность и стабильность работы ионитных катализаторов зависит от многих факторов, в частности от структурных характеристик носителя, которые можно улучшить посредством модификации ионита. Наиболее удобным способом модификации ионитов является закрепление новых каталитических систем на поверхности гранул ионита [3].

С этой целью на основе 1-(2-гидрокси-5-сульфофенил)-3-метил-5-(бензтиазол-2-ил)формазана и 1-(4-сульфофенил)-3-метил-5-(бензтиазол-2-ил)формазана были получены мономерные металлокомплексы I и II, соответственно, следующего строения:

I

II

Высокая гибкость формазановой молекулы и неограниченная возможность варьирования тонкой структуры, за счет управления природой донорных атомов и заместителями в формазановой молекуле позволяет вести целенаправленный синтез металлорганических соединений различной природы и структуры, отличающиеся локальным окружением и конфигурацией металлхелатного узла, что непосредственно отражается на их свойствах, в том числе и на каталитических.

Синтезированные формазанаты никеля охарактеризованы методами элементного анализа и электронной спектроскопии. Согласно этим данным металлокомплекс I имеет состав L:Ni(II)=1:1 с вовлечением атома кислорода ОН-группы в состав координационного узла, а комплекс II – состав L:Ni(II)=2:1 с координацией металла атомами азота N¹ и N⁵ формазановой цепи.

Иммобилизацией формазанатов никеля I и II на стиролдивинилбензольные аниониты АН-18×10 и АН-20×6 по ионному механизму за счет электростатических сил притяжения получены твердофазные катализаторы.

Отличие в свойствах мономерных и твердофазных бензтиазолилформазанатов никеля (II) были изучены в реакции жидкофазного окисления сульфида натрия в температурном интервале 20-60 ⁰С.

В данной реакции при комнатной температуре каталитическую активность среди мономерных бензтиазолилформазанатов никеля (II) проявил смешанный азот-кислородсодержащий комплекс I с координационными узлом состава Ni|3N,O|, степень каталитического превращения серы S^2-→SO^4- для которого составила 11 %. При увеличении температуры реакционной среды до 40 и 60 ⁰С степень каталитического превращения серы в присутствии металлохелатов повышается до 98-99 %.

В случае твердофазных каталитических систем наибольшая активность при 20 ⁰С отмечена для образца, полученного при иммобилизации металлокомплекса II на АН-18×10. Использование в качестве полимерной матрицы ионита АН-20×6 приводит к исчезновению каталитической активности.

С увеличением температуры реакционной среды (40-60 ⁰С) активность сохраняют лишь каталитические системы, полученные закреплением металлокомплекса I на аниониты АН-18×10 и АН-20×6, степень превращения серы для которых составила 24 и 100 % соответственно. Для других комплексов с повышением температуры наблюдается снижение каталитической активности, что может быть обусловлено изменением состава или перестройкой координационного узла.

Таким образом, изучена возможность использования гомогенных и твердофазных каталитических систем на основе бензтиазолилформазанатов никеля в методе жидкофазного окисления токсичных сульфидов и установлены оптимальные условия проведения процесса.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Линевич С.Н. Комплексная переработка и рациональное использование сероводосодержащих сточных вод. М.: Стройиздат, 1987. С. 10-25.
2. Юффа А.Я. Гетерогенные металлокомплексные катализаторы. М.: Химия, 1981. 160 с.
3. Помогайло А.Д. Полимерные иммобилизованные металлокомплексные катализаторы. М.: Наука, 1988. 303 с.
4. Копылова В.Д., Астанина А.Н. Ионитные комплексы в катализе. М.: Химия, 1987. 190 с.