Автореферат (1173070)
Текст из файла
На правах рукописиЕмжина Виктория ВалерьевнаОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ АКТИВНЫХ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХСУБСТАНЦИЙ С ПОМОЩЬЮ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХОКИСЛИТЕЛЬНЫХ МЕТОДОВ03.02.08 – Экология (химия)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата химических наукМосква - 2019Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования “Российский химико-технологическийуниверситет имени Д.И. Менделеева” на кафедре промышленной экологииНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорКручинина Наталия ЕвгеньевнаОфициальные оппоненты: доктор химических наук, профессорЛебедева Ольга Евгеньевна, профессор кафедрыобщей химии Белгородского государственногонационального исследовательского университета(ФГАОУ ВО НИУ «БелГУ»);доктор химических наук,Матафонова Галина Георгиевна, с.н.с.
лаборатории инженерной экологии Байкальского институтаприродопользования Сибирского отделения Российской академии наук (ФГБУН БИП СО РАН)Ведущая организация:ФГБУН Федеральный исследовательский центрхимической физики им. Н.Н. Семенова Российскойакадемии наук (ФИЦ ХФ РАН)Защита состоится 19 ноября 2019 г. в 10 часов в ауд. _202_ на заседании диссертационного совета Д 212.200.12 в ФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имениИ.М. Губкина» по адресу: 119991, г.
Москва, Ленинский просп., д. 65, корп. 1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа(НИУ) имени И.М. Губкина» и на сайте http://gubkin.ru/.Автореферат разослан “”2019 г.Учёный секретарь диссертационногосовета Д 212.200.12, д.х.н., доц.Иванова Л. В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В последние два десятилетия фармацевтическиепрепараты и их метаболиты все чаще обнаруживаются в окружающей среде, представляя разнообразный по химической структуре класс новых органических поллютантов.
Живые организмы, обитающие в окружающей среде, в той или инойстепени находятся под воздействием присутствующих в ней препаратов, поэтомудаже относительно низкие концентрации сильнодействующих лекарств могут оказывать значительное влияние на состояние экосистем. До недавнего времени считалось, что основным источником попадания активных фармацевтических субстанций (АФС) (исходных веществ и метаболитов) в экосистему являлись продукты жизнедеятельности человека, однако с ростом индустриализации общества иразвитием технологий все большую роль в загрязнении окружающей среды играютфармацевтические предприятия.Стоки любого фармацевтического предприятия имеют сложную структуру скомбинацией нескольких источников, содержащих разные индивидуальные загрязняющие вещества с высокой концентрацией (вплоть до нескольких г/л).
Даннаяособенность ограничивает возможность применения стандартных методов и технологий очистки и заставляет искать комплексные решения, позволяющие эффективно организовать процесс обезвреживания. Таким образом разработка эффективныхметодов очистки концентрированных сточных вод фармацевтических предприятийявляется важной и крайне актуальной проблемой для современного общества инауки.Целью работы было изучение различных методов очистки сточных водфармацевтического предприятия на примере высококонцентрированных модельных стоков, содержащих различные АФС с последующей оценкой целесообразности применения того или иного метода.Поставленная цель достигалась путём решения следующих задач:- определение эффективного способа окислительной деструкции выбранныхфармацевтических препаратов как по изменению концентрации веществ, так и поинтегральным показателям;3- исследование кинетики окислительной деструкции АФС, определение соотношений реагентов и скоростей протекающих взаимодействий;- определение основных промежуточных продуктов разложения АФС;- оценка токсичности модельных растворов в ходе использования усовершенствованных окислительных методов.Научная новизна работы:- исследована кинетика процессов деструкции высококонцентрированныхводных растворов АФС (Сн = 0,1 - 0,5 г/л) при использовании различных усовершенствованных окислительных методов (AOPs);- разработаны методики количественного определения промежуточных продуктов окисления ацетилсалициловой кислоты (АСК) на основе метода капиллярного электрофореза;- исследована кинетика образования промежуточных продуктов при окислении АСК в системе УФ/H2O2;- проведена оценка токсичности водных растворов АФС после окисления;выявлено, что промежуточные продукты вносят серьезный вклад в токсичностьрастворов;- впервые установлено, что фотокаталитическое окисление тетрациклина(УФ/H2O2) с использованием Al2O3 в качестве катализатора обеспечивает высокиестепени его деструкции (>99%).
При этом использование Al2O3 позволяет значительно снизить содержание промежуточных продуктов в обрабатываемой воде, атакже достигнуть существенного снижения расхода пероксида водорода, необходимого для разложения поллютанта.- впервые предложена схема сверхкритического водного окисления (СКВО)АФС, включающая в себя последовательно проводимые стадии:а) сорбция АФС из модельных растворов на различных отходах;б) концентрирование полученной суспензии на мембранной установке, с целью обеспечения автотермичности дальнейшего окислительного процесса;в) СКВО концентрата, содержащего АФС.Данная схема позволяет проводить процесс без подведения энергии извне,4только за счет тепла, выделяющегося при разложении органических компонентов(субстрат и АФС).
Эффективность очистки составила более 98%.Практическая значимость:- предложен эффективный метод фотокаталитического окисления слабоконцентрированных растворов АФС (Сн = 0,02 г/л) в присутствии Al2O3, который целесообразно использовать на стадиях доочистки сточных вод;- предложен метод деструкции высококонцентрированных растворов АФС(Сн = 0,5 г/л) путем сверхкритического водного окисления. Доказана высокая эффективность (до 98-99%) данного метода относительно сточных вод реальногофармацевтического производства.Указанные способы могут использоваться при планировании методов очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях фармацевтических предприятий, лечебных учреждений, животноводческих ферм, птицефабрик и рыбоводческих комплексов.Публикации и апробация работы.
Результаты исследований докладывалисьи обсуждались на ряде конференций и симпозиумов, в том числе IV Всероссийскойконференции студентов и аспирантов «Человек. Образование. Наука. Культура»,XIII Международном конгрессе молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-2017.
По результатам работы опубликовано 7 статей в журналах и 3 тезиса докладов.Достоверность результатов работы обеспечивалась использованием современных методик постановки экспериментов и обработки результатов, а также отсутствием противоречий с данными, полученными другими исследователями ипредставленными в литературе.Личный вклад автора. Анализ литературных данных, определение объектов исследований, подбор необходимых методов проведения экспериментов, экспериментальные исследования выполнены лично автором. Постановка цели и задачисследования, интерпретация и анализ полученных результатов, формулированиеосновных выводов диссертационной работы проведены соискателем совместно снаучным руководителем.5Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 146 стр., содержит 23 табл., 62 рис.
и состоит из введения, литературного обзора, методики экспериментов, экспериментальных данных и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 215 наименования.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной тематики, приведены целии задачи работы.В первой главе на основании литературных данных выбраны объекты исследований: ацетилсалициловая кислота (анальгетик), тетрациклин (антибиотик),сульфадимезин (антибиотик).
Представлена информация по структуре и составусточных вод фармацевтических предприятий с указанием возможных источникових образования, особенностей обращения и очистки. Изучена информация о применении классических и усовершенствованных методов очистки сточных вод применительно к деструкции фармацевтических полютантов. Установлено, что большинство исследований посвящено обработке растворов с достаточно низкими концентрациями фармацевтических препаратов (нг-мкг/л), которые существенно нижеконцентраций реальных сточных вод от ряда источников, включая фармацевтические предприятия.Показано, что качественно новым методом для удаления фармацевтическихпрепаратов из сточных вод является СКВО, позволяющее существенно увеличитьскорость окислительной деструкции и обеспечить необходимую полноту разложения АФС.
Однако в литературе недостаточно отражена возможность примененияСКВО для очистки сточных вод, содержащих фармацевтические загрязняющиевещества.На основании проведенного обзора литературы сделано заключение о том,что изучение кинетики окислительной деструкции АФС, кинетики образования иразрушения промежуточных веществ, а также проведение токсикологическойоценки водных растворов до и после применения различных окислительных методов применительно к высококонцентрированным стокам являются актуальными.6Во второй главе приведено описание экспериментальных установок (О3,УФ, диэлектрический барьерный разряд (ДБР), СКВО), использованных при проведении исследований по деструкции АФС в модельных сточных водах.Представлены методики качественного и количественного определения исходных веществ и промежуточных продуктов (ПП) при проведении экспериментов, а также методика определения токсического действия растворов.Для определения АСК, фенолокислот и карбоновых кислот был адаптированметод капиллярного электрофореза (КЭ) с подобранными буферным раствором инапряжением, подаваемым на капилляр, а также адаптированной длиной волны.Описаны процедуры математической обработки экспериментальных данных.В третьей главе приводятся результаты экспериментов и их обсуждение.1.
Обработка модельных растворов АФС в системах Н2О2, О3 и О3/Н2О2.Полученные данные демонстрируют, что высокая эффективность по очисткеконцентрированных модельных растворов от фармацевтических препаратов прииндивидуальном воздействии пероксида водорода в стехиометрических соотношениях реагентов наблюдается только для одного препарата – сульфадимезина. Длядвух других исследуемых АФС (АСК и тетрациклина) степень деструкции не превысила 15%. Сходные результаты были получены и при озонировании модельныхрастворов.В ходе дальнейших экспериментов по совместному использованию двух указанных выше окислителей выявлено (рисунок 1), что озонирование в присутствиипероксида водорода позволяет более эффективно удалять АФС из водных растворов, эффективность деструкции увеличивается при увеличении времени контактараствора с озоном и пероксидом водорода.
Отмечено, что для сульфадимезина сисходными концентрациями 0,1 г/л, 0,25 г/л и 0,5 г/л достигается степень окисления равная 99,9% уже через 30 секунд проведения эксперимента. Для раствора тетрациклина с концентрацией 0,02 г/л степень окисления составила 93,5% при времени эксперимента 600 секунд. Для более концентрированных растворов степеньокисления не превысила 87%.7100110018060953a, %a,%2340а)202905б)000100200300t к, с400500060050100150200250t к, сРис.
1. Степень окислительной деструкции АФС в зависимости от времени контакта с О3/Н2О2 для различных начальных концентраций: а) для тетрациклина(АФС:Н2О2 =1:1) при Cн = 0,02 г/л (1), Cн = 0,05 г/л (2), Cн = 0,1 г/л (3); б) для сульфадимезина (АФС:Н2О2 =1:0,5) при Cн = 0,1 г/л (1), Cн = 0,25 г/л (2), Cн = 0,5 г/л (3)Увеличение эффективности окислительной деструкции объясняется тем, чтоН2О2 в данной окислительной смеси способствует повышению концентрации активных гидроксил-радикалов (∙ОН), обладающих более высоким окислительнымпотенциалом (2,8 В) по сравнению с озоном (2,07 В) и Н2О2 (-1,78 В).Для вычисления констант скоростей разложения АФС при окислении подвоздействием Н2О2, О3, О3/Н2О2 использовалась кинетическая модель псевдопервого порядка.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
