Разработка вольтамперометрических методик определения органических токсикантов в водах и применение их для контроля фотокаталитического разрушения загрязнителей

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ………………………………………………….5

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………………….6

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР …………………………………………………………………………………………………13

1.1. Выбор органических загрязнителей вод для исследований …………………………………. 13

1.2. Химические свойства, токсичность и методы определения фенола …………………….. 15

1.2.1. Химические и токсикологические свойства фенола ……………………………………… 15
1.2.2. Методы определения фенола в водных объектах ………………………………………….. 17
1.2.3. Исследование влияния различных факторов на аналитический сигнал фенола в
методе вольтамперометрии …………………………………………………………………………………………… 19
1.3. Химические свойства, токсичность и методы определения анилина……………………. 25

1.3.1. Химические и токсикологические свойства анилина ……………………………………. 25
1.3.2. Методы определения анилина ……………………………………………………………………… 27
1.4. Химические свойства, токсичность и методы определения гидразина ………………… 31

1.4.1. Химические свойства и токсичность гидразина ……………………………………………. 31
1.4.2. Методы определения гидразина …………………………………………………………………… 35
1.4.3. Вольтамперометрические методы определения гидразина ……………………………. 37
1.5. Химические свойства, токсичность и методы определения метилпирролидона …… 45

1.5.1. Химические свойства и токсичность метилпирролидона………………………………. 45
1.5.2. Методы определения метилпирролидона …………………………………………………….. 49
1.6. Методы установления механизма электроокисления органических веществ на
твердых электродах ………………………………………………………………………………………………………….. 53

1.7. Фотокаталитические системы в процессах разрушения органических загрязнителей
………………………………………………………………………………………………………………………………………… 57

1.7.1. Система «Раффа-фентона»…………………………………………………………………………… 57
1.7.2. Ферриоксалатные системы ………………………………………………………………………….. 59
1.7.3. Фотокатализаторы на основе полупроводниковых оксидов ………………………….. 61
1.7.4. Характеристика катализаторов для разрушения органических веществ ………… 62
2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА ……………………………………………………………66

2.1. Оборудование, электроды и реактивы ………………………………………………………………… 66

2.1. Приготовление растворов ………………………………………………………………………………….. 68

2.2. Методика эксперимента …………………………………………………………………………………….. 68

3. ВЫБОР МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТИЛПИРРОЛИДОНА …………………………………………..71
3.1. ИК-спектроскопия как метод идентификации метилпирролидона ………………………. 71

3.2. Вольтамперометрические методы определения метилпирролидона ……………………. 72

3.2.1. Определение метилпирролидона методом вольтамперометрии на фоне
муравьиной кислоты …………………………………………………………………………………………………….. 72
3.2.2. Определение метилпирролидона методом вольтамперометрии на фоне
этиленгликоля ………………………………………………………………………………………………………………. 73
3.2.3. Определение метилпирролидона по катодной волне вольфрамофосфорной
кислоты………………………………………………………………………………………………………………………… 76
4. УСЛОВИЯ И МЕХАНИЗМ ПРОТЕКАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ НА
ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОДАХ ……………………………………………………………………………………………………78

4.1. Условия вольтамперометрического определения фенола и установление механизма
формирования его аналитического сигнала ………………………………………………………………………. 78

4.1.1. Выбор условий формирования аналитического сигнала фенола ……………………. 78
4.1.2. Изучение механизма электрохимического окисления фенола ……………………….. 84
4.1.3. Изучение продуктов окисления методом фотолюминесценции …………………….. 87
4.2. Электрохимическое поведение анилина и установление возможных продуктов его
окисления ………………………………………………………………………………………………………………………… 92

4.2.1. Выбор условий формирования аналитического сигнала анилина ………………….. 92
4.2.2. Изучение механизма электрохимического окисления анилина ……………………… 96
4.3. Условия электрохимического поведения гидразина ………………………………………….. 102

4.3.1. Выбор условий формирования аналитического сигнала гидразина ……………… 102
4.3.2. Изучение механизма электрохимического окисления гидразина …………………. 106
4.3.3. Изучение механизма электрохимическими методами …………………………………. 107
4.3.4. Изучение продуктов электрохимического окисления гидразина методом
фотолюминесценции …………………………………………………………………………………………………… 113
5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
МЕТОДОМ ИНВЕРСИОННОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ………………115

5.1. Исходные данные для разработки методик измерения содержания органических
веществ методом инверсионной вольтамперометрии ………………………………………………………. 115

5.2. Организация и проведение эксперимента по оценке показателей точности
разработанной методики измерений ……………………………………………………………………………….. 117

6. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ОЧИСТКИ ВОД С ПОМОЩЬЮ СИНТЕТИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ..123

6.1. Оценка эффективности разрушения метилпирролидона……………………………………. 123
6.2. Оценка эффективности разрушения фенола, анилина и гидразина в водах ………… 126

6.2.1. Применение методики вольтамперометрического определения фенола при его
фотокаталитическом разрушении………………………………………………………………………………… 127
6.2.2. Вольтамперометрическое определение степени разрушения анилина
природными и синтетическими железосодержащими катализаторами …………………………. 130
6.2.3. Применение методики определения гидразина при оценке эффективности его
разрушения…………………………………………………………………………………………………………………. 134
7. СПОСОБ УДАЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА В МЕТОДАХ ИНВЕРСИОННОГО
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА …………………………………………………………………..139

ОБСУЖДЕНИЕМ РЕЗУЛЬТАТОВ ………………………………………………………………………………………141

ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………………………………………………………………148

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………………………………………….150

ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………………………………………………………………………………………..169
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВАК – вольтамеперная кривая
ЗГЭ – золото-графитовый электрод
СУЭ – стеклоуглеродный электрод
РПЭ – ртутно-пленочный электрод
ХСЭ – хлорид-серебряный электрод
ВФК – вольфрамофосфорная кислота
МП – метилпирролидон