ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ...

ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
УДК 544.4+ 574.2
3/2012
 Э.Ц. Дашинамжилова
ТОКСИЧНОСТЬ ФЕНОЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ПЕРОКСИДОМ
ВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ Fе-МОНТМОРИЛЛОНИТА
Исследована токсичность водных растворов фенола после окисления пероксидом водорода в присутствии
Fe-содержащих монтмориллонитов. Методом биотестирования показано, что раствор фенола после его
окисления не оказывают токсического действия на культуры рачков Daphnia magna Straus..
Ключевые слова: фенол, токсичность, каталитическое окисление, пероксид водорода, Fe-содержащие
монтмориллониты
E.Ts. Dashinamzhilova
THE TOXICITY OF PHENOL SOLUTIONS AFTER TREATMENT WITH WET PEROXIDE
OXIDATION IN THE PRESENCE OF Fе-MONTMORILLONITE
The toxicity of aqueous solutions of phenol after the wet peroxide oxidation in the presence of Fe-containing
montmorillonite is investigated. It is shown by biological testing, that oxidized phenol solution does not have a toxic
effect on the cultures of Daphnia magna Straus.
Keywords: phenol, toxicity, catalytic oxidation, wet peroxide, Fe-containing montmorillonite
Одной из актуальных проблем охраны окружающей среды является обезвреживание сточных вод
(СВ) от растворенных органических загрязнителей, в частности фенола, который является высокотоксичным соединением, оказывающим крайне неблагоприятное воздействие на живые организмы не
только своей токсичностью, но и значительным изменением режима биогенных элементов и растворенных газов (кислорода, углекислого газа). Значительное количество фенола сбрасывается в водоемы со СВ нефте- и коксохимических, целлюлозно-бумажных, сланце-перерабатывающих, угольных
предприятий, процессов получения и переработки фенолов. Несмотря на большое число отечественных и зарубежных разработок по очистке производственных СВ от фенолов, данную проблему нельзя считать решенной. Многие эффективные способы глубокой очистки сопряжены с большими экономическими и ресурсными затратами, использованием дефицитных реагентов с последующей их
регенерацией, утилизацией или захоронением отходов. Поэтому поиск новых эффективных способов
очистки промышленных СВ является настоятельной потребностью сегодняшнего дня. В последние
годы для очистки стоков, загрязненных органическими соединениями, применяется окислительная
деструкция в присутствии твердых катализаторов, среди которых перспективными являются материалы, содержащие ионы железа, закрепленные на различных носителях (цеолит, угли, алюмосиликаты, глины) [1-2]. Гетерогенное каталитическое окисление органических соединений в водных растворах позволяет избежать вторичного загрязнения СВ ионами железа и провести деструкцию с образованием нетоксичных продуктов [3].
Цель данной работы – изучение токсичности водных растворов фенола после их обработки пероксидом водорода в присутствии Fe-содержащего монтмориллонита.
Экспериментальная часть
Окислительную деструкцию фенола проводили в водном растворе при условиях: [С6Н5ОН]=1·10-3
моль·л-1; [Н2О2]=1,4·10-3 моль·л-1; [катализатор]=1 г/л; рН=5.6; t=50˚С в термостатированном реакторе,
с перемешиванием на магнитной мешалке. Определение концентрации фенола определяли по спектрам поглощения реакционной смеси в процессе окисления фенола. Спектры поглощения фенола записывали на спектрофотометре UV-VIS Agilent-8453. В качестве катализатора применяли Feсодержащий монтмориллонит (Fe-Мт), полученный по методу [4]. Содержание железа в катализаторе
составляло: 86 мг/г. Токсикологические исследования проводили согласно [5]. Токсичность водных
растворов фенола определяли до и после реакции каталитического окисления при концентрациях,
составляющих 2.5; 5; 10; 25; 50; 100% от исходной концентрации фенола. Синхронизированные культуры ветвистоусых рачков Daphnia magna Straus в возрасте 6-24 ч (по 10 особей) помещали в исследуемые растворы фенола. Острое токсическое действие исследуемой воды на культуры дафний определяли по их летальности за определенный период экспозиции.
Результаты и их обсуждение
Согласно полученным экспериментальным данным содержание фенола уменьшается от 1·10-3
моль/л до 0 в течение 90 мин при обработке раствора фенола, что соответствует увеличению конвер-
58
Э.Ц. Дашинамжилова. Токсичность фенольных растворов после обработки пероксидом водорода в присутствии
Fе-монтмориллонита
сии фенола до 100% (рис). Окислительная деструкция фенола пероксидом водорода протекает через
образование промежуточных продуктов, таких как гидрохинон, n-бензохинон, дикарбоновые и карбоновые кислоты, которые при полной деструкции окисляются до углекислого газа и воды [3]:
С6Н5ОН + 14 Н2О2 = 6 СО2 + 17 Н2О. Образующиеся промежуточные продукты окисления фенола
могут обладать большей токсичностью, чем исходный фенол. Для подтверждения полной деструкции
фенола до углекислого газа и воды нами применен метод биотестирования с использованием культур
дафний по методике [5]. После проведения окислительной деструкции реакционный раствор отделяли от катализатора, разбавляли культивационной водой, доводили рН до 7.0. Затем в реакционный
раствор помещали особи дафний. В соответствии с [5] критерием острой токсичности служит гибель
50 и более процентов дафний за 48 ч в исследуемой воде при условии, что в контроле гибель не превышает 10%. В экспериментах по определению острого токсического действия устанавливают: среднюю летальную кратность разбавления вод (ЛКР50-96), вызывающую гибель 50% тест-объектов за 96 ч
экспозицию; безвредную кратность разбавления вод (БКР10-96), вызывающую гибель 10% тестобъектов за 96 ч экспозицию. Для определения острой токсичности исследуемых вод рассчитывается
процент погибших в тестируемой воде дафний (А, %) по сравнению с контролем: А = ( Хк – Хτ) / Хк ·
100%, где Хк – количество выживших дафний в контроле; Хτ – количество выживших дафний в тестируемой воде. При А  10% тестируемая вода не оказывает острого токсического действия (безвредная
кратность разбавления). При А  50% тестируемая вода оказывает острое токсическое действие
(средняя летальная кратность разбавления) [5].
Рис. Зависимость конверсии фенола от времени
Результаты экспериментов по определению токсичности исходного раствора фенола и раствора
фенола после окислительной деструкции в присутствии катализатора Fе-Мт, проведенных с трехкратной повторностью, показали, что разведение исходного раствора фенола в 4 раза через 96 ч приводит к полной гибели дафний (рис.). Раствор, разведенный в 20 раз, также оказывает токсическое
действие на дафнии. За 96 ч вымирает 50% дафний. Исходный раствор фенола не оказывает токсического действия при его разбавлении в 40 раз. Количество погибших дафний в обработанной воде за
96 ч экспозиции по сравнению с контролем составило 10%, что свидетельствует о том, что раствор
фенола после его обработки пероксидом водорода в присутствии катализатора Fе-Мт не оказывает
острого токсического действия на культуры рачков Daphnia magna Straus.
Литература
1. Pestunova O.P., Ogorodnikova O.L., Parmon V.N. Studies on the Phenol Wet Peroxide Oxidation in the Presence of Solid Catalysts // Chemistry for Sustainable Development. − 2003. − V.1. − P. 227-232.
2. Timofeeva M.N., Khankhasaeva S.Ts., Chesalov Yu.A. and oth. Synthesis of Fe, Al-pillared clays starting
from the Al,Fe-polymeric precursor: Effect of synthesis parameters on textural and catalytic properties // Appl. Catal. B:
Environ. – 2009. – V.88. – №1-2. – P. 127-134.
3. Соложенко Е.Г, Соболева Н.М., Гончарук В.В. Применение каталитической системы Н2О2-Fe2+(Fe3+)
при очистке воды от органических соединений // Химия и технология воды. – 2004. – Т.26, №3. – С. 219−243.
4. Ханхасаева С.Ц., Бадмаева С.В., Дашинамжилова Э.Ц. и др. Адсорбция анионных красителей на монтмориллоните, модифицированном полигидроксокомплексами алюминия и железа // Химия в интересах устойчивого развития. – 2006. – №3. – С. 311-318.
5. Жмур Н.С. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. Федеральный
реестр ФР.1.39.2001.00283. – М.: Акварос, 2001. – 48 с.
59
ВЕСТНИК БУРЯТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
3/2012
Дашинамжилова Эльвира Цыреторовна, кандидат химических наук, вед. инженер, лаборатория инженерной экологии, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, т.
+7(301)2433068, edash@binm.bscnet.ru
Dashinamzhilova Elvira Tsyretorovna, candidate of chemical sciences, leading engineer, Laboratory of Engineering Ecology, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanovoy St., 6
УДК 550.42 (571.54)
 Л.В. Замана
НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО ТЕРМАЛЬНЫМ ВОДАМ РАЙОНА БАУНТОВСКОГО ИСТОЧНИКА
(СЕВЕРНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ) И ДИНАМИКА ЕГО ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Приведены последние данные по гидрогеохимии Баунтовского источника и впервые опробованного расположенного вблизи него выхода азотных терм, в том числе по изотопному составу воды и форм серы.
Ключевые слова: азотные термы, химический состав, изотопы воды и форм серы.
L.V. Zamana
NEW DATA ON THERMAL WATERS OF BAUNT SPRING AREA (NORTH TRANSBAIKALIA)
AND DINAMICS OF ITS HYDROGEOCHEMICHAL INDEXES
Recent data on hydrogeochemistry of Baunt hot spring and first tested nearby nitrogen therms were presented,
including isotopic composition of water and forms of sulfur.
Keywords: nitrogen thermal waters, chemical composition, isotopes of water and sulfur forms.
Проявления термальных вод в силу их лечебного использования местным населением с давних
пор хорошо известны, многие неоднократно исследовались. Несколько термальных источников было
выявлено в 60-70-е годы прошлого столетия при проведении среднемасштабных геологических и
гидрогеологических съемок. Находки новых проявлений терм крайне редки. Из последних можно
указать источник Змеиный (БАМ) в бассейне р. Верхней Ангары.
Летом 2011 г. нами впервые опробован не описанный в литературе выход термальной воды, которому дано название Баунтовский грязевый ввиду наличия на нем сероводородной грязи и самодеятельного использования отдыхающими для грязевых ванн. Источник расположен примерно в 1 км к
северо-востоку от известного Баунтовского источника и представляет собой площадную разгрузку
под северным склоном хр. Большой Хаптон на правобережной надпойменной террасе р. Верхняя Ципа. Координаты его местоположения 55°07.741' с.ш., 112°54.971' в.д., а.о. 1085 м. Малодебитные выходы термальной воды сосредоточены преимущественно в юго-западной части песчаной поляны общей протяженностью до 150 м (рис.) и шириной 50-60 м, покрытой тонким слоем воды с многочисленными бурыми бактериальными матами. Местами в понижениях образовалась илистая темно-серая
грязь, как и вода в выходах, с запахом сероводорода. Выход приурочен, очевидно, к тому же разлому,
что и собственно Баунтовский источник, используемый в качестве гидроминеральной базы бальнеолечебницы. Суммарный дебит разгрузки ориентировочно 2-3 л/с, максимальная зафиксированная
температура в одном из выходов 53.2°C. Химический состав терм этого источника характеризует
проба АТ-11-07-4 (табл.). Значения pH и Eh по всем пробам приведены по данным полевых измерений портативным потенциометром pH–Meter CG 837. Для выявления устойчивости физикохимических характеристик во времени опробованы также три выхода самого Баунтовского источника
(пробы АТ-11-07-3).
Химико-аналитические определения проведены в сертифицированной лаборатории ИПРЭК СО
РАН с использованием общепринятых методик. Сульфат-ион определялся турбидиметрически в виде
сульфата бария, гидросульфид – йодометрическим методом. Осадки для изотопного анализа сульфидной серы получены осаждением с ацетатом кадмия, сульфатной – с хлоридом бария. Изотопные
определения выполнены в Аналитическом центре Дальневосточного геологического института ДВО
РАН на установке Finnigan-MAT 252. Изотопный состав серы рассчитан относительно метеоритного
стандарта, воды – по отношению к SMOW. Погрешность анализа 1σ по кислороду ±0,15 ‰ и по водороду ±1,2‰.
60