ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ФОТОКАТАЛИЗА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОЙ И ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ОТ ПОЛЛЮТАНТОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues 2021;18(4):143-152

УДК 66.094.3.097; 628.168.4

https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-4-19

Обоснование применения фотокатализа для очистки природной и питьевой воды от поллютантов биологического происхождения

© Д. О. Цымбал, М. Е. Мазаник

Гомельский государственный медицинский университет, г. Гомель, Беларусь

РЕЗЮМЕ

Цель исследования. Оценить эффективность фотокаталитических методов окисления органических веществ в рамках подготовки питьевой воды. Показать целесообразность применения описанного метода для проектирования очистных сооружений.

Материалы и методы. Изучена степень окисляемости 58 органических веществ различного класса опасности. В основе выборки лежали два признака: происхождение (биологическое и искусственное) и заявленная в разных источниках степень окисляемости.

Результаты. Продемонстрирована высокая эффективность фотокатализа для деструкции органических веществ сточных вод различных производств: значения окисляемости находятся в диапазоне от 70 до 100 %.

Заключение. Применение фотокатализа может быть использовано для проектирования очистных сооружений сточных вод с целью снижения вероятности биологического загрязнения природных вод, предназначенных для производства питьевой воды.

Ключевые слова: фотокатализ, минерализация, окисление, TiO2, биологический поллютант, питьевая вода.

Вклад авторов. Экспериментальная часть работы выполнена Д. О. Цымбалом на кафедре экологической химии факультета экологической и техногенной безопасности Национального университета кораблестроения имени адмирала Макарова (Украина, г. Николаев). Концепция фотореактора для фотокаталитической очистки сточных вод от биологических поллютантов разработана на кафедре биологической химии Гомельского государственного медицинского университета совместно с М. Е. Мазаник.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Источники финансирования. Исследование проведено без спонсорской поддержки. Для цитирования: Цымбал ДО, Мазаник МЕ. Обоснование применения фотокатализа для очистки природной и питьевой воды от поллютантов биологического происхождения. Проблемы здоровья и экологии. 2021;18(3):143-152. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-4-19

Rationale for the use of photocatalysis for natural and drinking water purification from pollutants

of biological origin

© Denis O. Tsymbal, Maria E. Mazanik

Gomel State Medical University, Gomel, Belarus

ABSTRACT

Objective. To evaluate the effectiveness of photocatalytic methods of oxidation of organic substances for the preparation of drinking water. To show the expediency of the use of the described method for the design of wastewater treatment facilities.

Materials and methods. The oxidation degrees of 58 organic substances of various hazard classes were studied. The sampling frame was based on two characteristics: origin (biological and artificial) and the oxidation state stated in different sources.

Results. A high efficiency of photocatalysis for the destruction of organic substances in wastewater from various industries has been shown: the degrees of oxidation range from 70 to 100 %.

Conclusion. Photocatalysis can be used to design wastewater treatment facilities with a view to reducing the probability of biological pollution of natural waters intended for drinking water production.

Keywords: photocatalysis, mineralisation, oxidation, TiO2, biological pollutant, drinking water.

Цымбал Д. О., Мазаник М. Е. Обоснование применения фотокатализа для ... 2021;18(4):143-152 Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

Author contributions. The experimental part of the work was carried out by D.O. Tsymbal at the Department of Environmental Chemistry of the Faculty of Environmental and Technogenic Safety, National University of Shipbuilding named after Admiral Makarov (Ukraine, city of Nikolaev). The concept of a photoreactor for photocatalytic wastewater treatment from biological pollutants was developed at the Department of Biological Chemistry, Gomel State Medical University, together with M.E. Mazanik. Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests. Funding. The study was conducted without sponsorship.

For citation: Tsymbal DO, Mazanik ME. Rationale for the use of photocatalysis for natural and drinking water purification from pollutants of biological origin. Health and Ecology Issues. 2021;18(3):143-152. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-4-19

Введение

Вода — важнейшее вещество и среда для биохимических реакций организма. Качество питьевой воды напрямую определяет степень заболеваемости той или иной группы людей многими эндемичными или глобально распространенными заболеваниями и диктует современной медицине важное направление для проведения мер профилактики.

Согласно ВОЗ [1], всего 71 % людей использует безопасную для здоровья воду и более 2 млрд человек на планете используют воду, загрязненную фекалиями и другими поллютантами. Это, в свою очередь, может привести к таким заболеваниям, как холера, дизентерия, тиф, полиомиелит, гастроэнтерит и др. [2, 3]. Несмотря на то, что в Республике Беларусь достаточно хорошо налажена система подачи питьевой воды, все же среди стран Европы и Северной Америки она остается на 35 месте из 48, представленных в рейтинге [4]. Для повышения качества воды и снижения заболеваемости населения Беларуси необходимо придерживаться основного направления развития методов очистки [5]. Предложенная статья является результатом поиска новых высокоэффективных методов.

Среди множества показателей качества воды одним из наиболее важных является химическое потребление кислорода (ХПК), которое обобщенно указывает на наличие органических поллютантов. К таковым могут относиться как низкомолекулярные (ацетон, этиленгликоль, фенол, бензол и др.), так и высокомолекулярные соединения (флоку-лянты, некоторые пестициды, ферменты и другие БАВ) [5-7].

В Республике Беларусь среди всех стран СНГ наибольшая плотность сельскохозяйственных предприятий и, соответственно, здесь отмечается наибольшее количество сточных вод с органическими веществами биологического происхождения на единицу

площади. К подобным соединениям кроме ферментов, углеводов, ДНК и РНК относятся и различные белки, включая прионные. Многие из этих веществ могут быть патогенными, а механизмы их воздействия на организм полностью не изучены [2, 6]. С учетом высокого залегания подземных вод на всей территории Республики Беларусь риск загрязнения питьевой воды очень высок [8].

В настоящей статье предлагается способ очистки различных типов вод от органических веществ фотокаталитическим методом.

Для апробации метода было проведено исследование степени окисляемости веществ путем разработки специального реактора и сравнения результатов с арбитражным методом определения ХПК. Подобный подход позволяет не только оценить эффективность метода, но и определить его преимущества по сравнению с арбитражем.

Несмотря на арбитражный статус, недостатки у ведущей методики есть: высокие температуры проведения окисления (минерализации), низкая воспроизводимость результатов измерений, применение токсичных веществ (таких как HgSO4) и дорогих (например, Ag2SO4) реагентов, большие затраты времени и искажение показателей измерения при наличии некоторых ионов [6].

Уже на протяжении двух десятков лет в мире активно изучается фотокаталитическая минерализация органических веществ в водной среде [8-13]. Среди всех чистых, допированных и комбинированных катализаторов наибольшую популярность приобрел ТЮ2. Его используют для очистки воздуха и воды от различных поллютантов. Применение обусловлено рядом существенных преимуществ: ТЮ2 является экологически безопасным, дешевым, химически инертным, имеет высокую стабильность состава и строения при обычных условиях [8-14].

Первой попыткой применения ТЮ2 для аналитических целей было создание мето-

Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

2021;18(4):143-152

дики определения общего потребления кислорода (ОПК) [15]. Впоследствии появились работы, описывающие попытки модификации классических методов определения ХПК с фотокаталитической инициацией окисления. В данных работах в качестве скейвин-джеров (поглотителей) электронов выступали типичные окислители — калий дихромат и калий перманганат [16-20]. Для обоснования эффективности метода было исследовано фотокаталитическое окисление глюкозы и калий дифталата (стандартные восстановители, применяемые в арбитражной методике определения ХПК) и представлены методы определения ХПК для некоторых типов вод. Результаты были подтверждены сравнениями с результатами, полученными исследователями разных стран [8-20].

В данной работе был использован катализатор нано-ТЮ2 марки Р25 производства фирмы Degussa — непористый порошок сме-

си анатаза и рутила в соотношении 70:30, с площадью поверхности 55 ± 15 м2-г-1 и размерами кристаллитов до 30 нм в частицах диаметром 0,1 мкм [21]. По данным исследований, при действии УФ-света С-диапазона в оксиде электроны валентной зоны (ё) переходят в зону проводимости, оставляя там позитивно заряженные вакансии — дырки (Ь+), которые являются сильными окислителями (потенциал ф достигает +3,5 В) [20, 22, 23]. Высокий потенциал достигается также путем образования различных О-содержащих радикалов (например, ОН-), которые образуются на освещенной ультрафиолетом поверхности ТЮ2.

Исходя из проведенных исследований и анализа литературных данных, авторы предлагают схему гетерогенного фотокаталитического окисления органических восстановителей (рисунок 1) [24-33].

Рисунок 1. Схема фотокаталитической минерализации органических веществ с использованием дихромата

калия в качестве поглотителя электронов Figure 1. Scheme of photocatalytic mineralization of organic substances using potassium dichromate as an electron

absorber

При действии UV-излучения на катализаторе генерируются свободные электроны и дырки. Электроны, благодаря высокому окислительному потенциалу дихромата калия, поглощаются атомами хрома, инициируя разрыв связей с кислородом. Последний, отрываясь от дихромата с парой лишних электронов, протонируется с образованием гидроксид-радикала. Он, в свою очередь, может вступать в прямые реакции с орга-

ническим веществом (реализуя непрямое окисление в процессе фотокатализа) или сорбироваться на дырках фотокатализатора, образуя активные центры окисления органических веществ. Часть образующихся радикалов протонируется с образованием воды.

Параллельно ионы хрома, принимая легкодоступные электроны, восстанавливаются до Сг3+. Дальнейшего восстановления не про-

2021;18(4):143-152

Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

исходит, так как промежуточный ион Сг2+ в водных растворах неустойчив, сохраняется только в атмосфере инертного газа и является сильным восстановителем. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал системы Сг3+/Сг2+ равен -0,41 В, и это, скорее всего, является лимитирующим фактором полного восстановления дихромата калия до металлического хрома.

На дырках окисление органических восстановителей проходит двумя термодинамически возможными путями: по механизму Лэнгмюра — Гиншельвуда (прямое окисление дырками) и по механизму Илей — Райди-ла (окисление на активных центрах). Последний является доминирующим в системах с поглотителями электронов, так как восстановление дихромат-иона с образованием гидроксид-радикалов проходит на границе фаз, что в разы увеличивает концентрацию ОН- на поверхности катализатора по сравнению с таковой в толще раствора.

Процесс генерирования пары «электрон-дырка» является обратимым, и рекомбинация электронов существенно снижает потенциал окисления. Для предотвращения рекомбинации добавляются химические окислители — скейвинджеры электронов [34-37]. В наших исследованиях в качестве скейвинджера мы использовали К2Сг2О7 (ф0(Сг2О72-) = +1,36 В).

Цель исследования

Изучить факторы, влияющие на степень окисляемости органических поллютантов с дальнейшей оптимизацией условий, и определить возможность применения метода для проектирования очистных сооружений.

Материалы и методы

Реагенты и растворы

Изначально для выбора условий проведения минерализации было принято решение ориентироваться на данные, полученные в других исследованиях [8-20, 38-41]. Однако почти везде в качестве стандартного вещества для окисления (восстановителя) предлагалась глюкоза. Так как глюкоза является легкоокисляемым веществом, а поллютан-ты биологического происхождения — труд-ноокисляемые вещества, было принято решение об уточнении оптимальных свойств проведения окисления. Процесс оптимизации и подробная методика проведения фотокатализа будет описана в отдельной работе. Здесь предлагаются сокращенная

методика и уже обновленные оптимальные условия окисления:

• для легкоокисляемых поллютантов — концентрация скейвинджера С0 (Сг2О72) = 0,005 мольхдм-3, масса фотокатализатора m х (Ti02) = 4 гхдм-3, время облучения т = 20 мин, температура t = 85 °C, объем H2SO4 (разбавленной 1:10) V= 2,4 см3. Окисляются на 100 % такие вещества, как глюкоза, сахароза, глицерин, маннит;

• для трудноокисляемых поллютантов — концентрация скейвинджера С0 (Сг2О72) = 0,0025 мольхдм-3, масса фотокатализатора m (Ti02) = 4 гхдм-3, время облучения т = 60 мин, температура t = 85 °C, объем H2SO4 (разбавленной 1:10) V = 5,00 см3. Окисляются практически на 100 % такие вещества, как уксусная кислота, бензол, толуол, этанол, фенол.

Условия эксперимента создавались с применением следующих растворов: раствор калий дихромата, 1,0 н., приготовленный из фиксанала; раствор восстановителя, ХПК = 1000 мгОхдм-3; кислота серная концентрированная, х.ч.; фотокатализатор нано-ТЮ2; раствор соли Мора, х.ч., 0,25 н.; раствор ферроина (1,485 г 1,10-фенантро-лина и 0,695 г Fе2(SO4)3 в 100 см3 раствора); Н2О дистиллированная.

Методика эксперимента

В мерную колбу на 50 см3 поэтапно вводили растворы: дихромата калия 1,5 см3, серной кислоты 5 см3, органического вещества 5 см3 и дистиллированную воду до метки. Готовый раствор количественно переносился в фотореактор (рисунок 2).

Далее добавлялся фотокатализатор, мешалка и в центр вставлялась кварцевая колба с УФ-лампой мощностью 9 Вт (OSRAM, HNS S 9W G23, А 254 нм). Мощность лампы рекомендована в [8]. Суспензия поддерживалась постоянным перемешиванием на магнитной мешалке ~ 800 об. мин-1. Температура суспензии поддерживалась на должном уровне водяной баней.

Результаты и обсуждение

Результаты фотокаталитической минерализации органических веществ представлены в таблице 1. Для сравнения представлены литературные данные [6] и некоторые авторские [7], полученные в условиях арбитражной и ускоренной методик.

Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues 2021;18(4):143-152

Рисунок 2. Фотореактор: 1 — термометр; 2 — цоколь УФ-лампы; 3 — УФ-лампа; 4 —реакционная колба; 5 — водяная баня; 6 — термоизоляция бани;

7 — магнитная мешалка

Figure 2. Photoreactor: 1 — thermometer; 2 — base of the UV lamp; 3 — UV lamp; 4 — reaction flask; 5 — water bath;

6 — thermal insulation of the bath; 7 — magnetic stirrer

Таблица 1. Сравнение окисляемости (%) органических поллютантов: алканов, спиртов, фенолов, кетонов, кислот, сложных эфиров, углеводов, аминов, аминокислот, амидов, аренов, поверхностно-активных веществ, галогенсодержащих веществ

Table 1. Comparison of the degrees of oxidation (%) of organic pollutants: alkanes, alcohols, phenols, ketones, acids, esters, amines, amino acids, amides, arenes, surfactants, halogenating substances

№ п/п Название Окисляемость1, % Окисляемость2, % Окисляемость3, %

Алканы

1 Гексан — — 89

2 Гептан — — 91

3 Октан — — 83

4 Изооктан — — 85

5 Нонан — — 63

6 Декан — — 33

Спирты

7 Метанол — — 96

8 Этанол 37 94 99

9 Пропанол — — 94

10 Изопропанол 58 96 98

11 Бутанол -2 — — 95

12 Этиленгликоль 100 — 100

13 Глицерин 100 — 99

14 Маннит 98 — 100

15 Бензиловый спирт — — 100

Фенолы

16 Фенол 96 99 98

17 Резорцин 97 — 97

Кетоны

18 Ацетон 53 93 79

19 Ацетилацетон — — 90

20 Метилэтилкетон 33 — 87

Кислоты

21 Щавелевая 100 — 99

22 Винная 100 100 100

23 Молочная 37 81* 95

2021;18(4):143-152 Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

Окончание таблицы 1

№ п/п Название Окисляемость1, % Окисляемость2, % Окисляемость3, %

24 Уксусная 7 95 91

25 Гидрофталат калия 99 101 100

Этеры и Эстеры

26 Диоксан 100 — 97

27 Амилацетат 59 95 98

28 Этилацетат 24 61* 93

Углеводы

29 Глюкоза 97 — 98

30 Лактоза — — 100

31 Сахароза 100 — 99

Амины

32 Анилин 100 113 107

33 Нитроанилин — — 100

34 Этаноламин — — 98

Аминокислоты

35 Глицин 100 100 92

36 Аланин — — 97

37 Валин 67 94 96

38 Лейцин — — 98

39 Фенилаланин — — 100

40 Пролин — — 89

41 Серин — — 98

42 Аспарагин — — 100

43 Глутамин — —

44 Гистидин 67 — 96

45 Аргинин — — 97

Амиды

46 Ацетамид 7,5 3 сл * 91

47 Мочевина 0 3* 84

48 Тиомочевина — — 100

49 Диметилформамид 43 60 96

Арены

50 Бензол 19 19 97

51 Нитробензол 20 99 98

52 Толуол 19 5 сл * 93

53 Этилбензол — — 95

54 Изопропилбензол (Кумол) — — 96

ПАВы

55 Лаурилсульфат натрия 21 72 94

56 Цетилпиридиний бромид 22* 5 сл * 88

Галогенорганика

57 Хлороформ — — 70

Азосоединение

58 Бензотриазол — — 100

Примечание: 1 — окисляемость в условиях арбитражной методики без катализатора (Н§^04), %; 2 — окисляе-мость в условиях арбитражной методики, %; 3 — окисляемость в условиях фотокаталитической минерализации, %; * — авторские результаты, полученные арбитражным методом

Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

Из данных таблицы 1 видно, что при оптимизированных условиях окисления трудноокисляемых веществ система UV-на-но-ТЮ2-К2Сг2О7 дает хороший химический выход практически по всем классам органических соединений.

Заключение

Ввиду высокого риска биогенного заражения питьевых вод Республики Беларусь предложенный метод объективно может считаться достаточно прогрессивным для анализа воды на станциях водоподготовки и в модифицированном виде может являться одним из способов очистки воды от органических молекул биологического происхожде-

2021;18(4):143-152

ния и микроорганизмов еще на стадии водо-подготовки.

Для проектирования высокоэффективных очистительных сооружений для сточных и природных вод предлагается в дальнейшем изучать процессы окисления разных органических соединений в различных модификациях фотокаталитической системы.

Также авторы считают целесообразной возможность разработки новой, более эффективной методики определения ХПК, которая будет экспрессной, воспроизводимой и точной, позволит проводить окисление веществ в сравнительно мягких условиях, что позволит более точно оценивать качество питьевой воды.

Список литературы

1. The measurement and monitoring of water supply, sanitation and hygiene (WASH) affordability: a missing element of monitoring of Sustainable Development Goal (SDG) Targets 6.1 and 6.2. New York: United Nations Children's Fund (UNICEF) and the World Health Organization, 2021. [date of access 2021 April 15]. Available from: Available from: https://washdata.org/sites/default/ files/2021-05/unicef-who-2021-affordability-of-wash-services-full.pdf

2. World Health Organization (WHO). Animal Waste, Water Quality and Human Health. Edited by Al Dufour, Jamie Bartram, Robert Bos and Victor Gannon. [date of access 2021 April 15]. Available from: Available from: Available from: https://apps.who.int/iris/ handle/10665/75700

3. WHO OECD ILSI/HESI International workshop on risk assessment of combined exposures to multiple chemicals. Series on testing and assessment. 2017;40. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://apps.who. int/iris/bitstream/handle/10665/255543/97892415123 74-eng.pdf

4. Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000-2020: Five years into the SDGs. Geneva: World Health Organization (WHO) and the United Nations Children's Fund (UNICEF), 2021. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://washdata.org/sites/default/ files/202 1-06/jmp-2021-wash-households-LAUNCH-VERSION.pdf

5. WHO (2006). Guidelines for Drinking-water Quality, 1st Addendum to the 3rd ed., Volume 1: Recommendations, World Health Organization, Geneva. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://apps.who.int/iris/ bitstream/handle/10665/43285/9789241546768_eng.pdf

6. Лурье ЮЮ. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия; 1984. с. 73-78.

7. Галковский СВ, Самосюк АС. Использование водных ресурсов в республике Беларусь. Экономика и социум. 2016;11(30):355-358. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://rep.polessu.by/ bitstream/123456789/2 1407/1/lspol%27zovanie_ vodnykh_resursov.pdf

8. Freudenhammer H, Bahnemenn D, Bousselmi L, Geissen S-U, Ghrabi A, Saleh F, Siemon U, Vogelpohl A. Detoxification and recycling of wastewater by solar-catalytic treatment. Water Sci Technol. 1997;35(4):149-156. DOI: https://doi.org/10.1016/S0273-1223(97)00020-6

9. Валеева АА, КозловаЕА, Дорошева ИБ. Синтез и аттестация фотокатализаторов на основе нанотрубок

диоксида титана для очистки воды и воздуха от вредных органических примесей. В: Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований «Техноген-2019». 2019;196-198. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=38545017

10. Константинова ЕА, Кытин ВГ, Марикуца АВ, Трусов ГВ. Фотокатализаторы на основе TiO2, функционирующие при освещении в видимом диапазоне света. В: Сборник научных трудов VIсъезда биофизиков России. 2019;109. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41173550

11. Агеева ВА, Голубенко ЕВ, Ромащенко ИА, Шубина ЕН. Эффективные каталитические системы для превращения спиртов в альдегиды. В: Химия: достижения и перспективы: Сборник научных статей по материалам V Всероссийской научно-практической конференции студентов и молодых ученых. 2020;91-94. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42904182

12. Соболева НМ, Носонович АА, Гончарук ВВ. Гетерогенный фотокатализ в процессах обработки воды. Химия и технология воды. 2007;29 (2);125-159. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5503

13. Ilisz I, Foglein KJ, Dombi А. The photochemical behavior of hydrogen peroxide in near UV-irradiated aqueous TiO2 suspensions. Mol Catal A Chem. 1998;135:55-61. DOI: https://doi.org/10.1016/S1381-1169(97)00296-3

14. Abdel-Magd A, Abdel-Wahab, Abd El-Aal M Gaber. TiO2-photocatalytic oxidation of selected heterocyclic sulfur compounds. Journal of Photochemistry and Photobiolo-gy A: Chemistry. 1998;114(3):213-218.

DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00204-4

15. Matthews RW, Abdullah M, Low GK-C. Photocatalytic oxidation for total organic carbon analysis. Anal Chim Acta. 1990;233:171-179.

DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)83476-5

16. Ai SY, Li JQ, Yang Y, Gao MN, Pan ZS. Study on photocatalytic oxidation for determination of chemical oxygen demand using a nano-TiO2-K2Cr2O7 system. Anal Chim Acta. 2004;509:237-241.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2003.09.056

17. Ku Y, Jung I-L. Photocatalytic reduction of Cr(VI) in aqueous solutions by UV irradiation with the presence of titanium dioxide. Water Res. 2001;35(1):135-142. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00098-1

2021;18(4):143-152 Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

18. Balconi ML, Borgarello M, Ferraroli R. Chemical oxygen demand determination in well and river waters by flow-injection analysis using a microwave oven during the oxidation step. Anal Chim Acta. 1992;261:295-299.

DOI: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5503

19. Kim YC, Sasaki S, Yano K, Ikebukuro K, Hashimoto K, Karube I. Photocatalytic sensor for the determination of chemical oxygen demand using flow injection analysis. Anal Chim Acta. 2001;432:59-66.

DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)01145-4

20. Кельина СЮ, Дедков ЮМ. Возможности использования системы УФ-нано-TiO2-K2Cr2O7 для определения ХПК. Журнал аналитической химии. 2016;71(12):1270-1278.

DOI: https://doi.org/10.7868/S0044450216120069

21. Degussa Technical Bulletin Pigments, Highly Dispersed Metallic Oxides Produced by the AEROSIL Process.1990;56:11.

22. Hoffmann MR, Martin ST, W Choi, Bahnemann DW. Environmental Applications of Semiconductor Photo-catalysis. Chem Rev. 1995;95(1):69-96.

DOI: https://doi.org/10.1021/cr00033a004

23. Капинус ЕИ, Викторова ТИ, Халявка ТА. Механизм и кинетика фотокаталитической деструкции ДДТ на оксидных титансодержащих катализаторах. Украинский химический журнал. 2009;75(12):102-105. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82717

24. Song Y, Wang С, Li J. Modification of porphyrin/ dipyridine metal complexes on the surface of TiO2 nanotubes with enhanced photocatalytic activity for photoreduction of CO2 into methanol. Journal of Materials Research. 2018;33(17):2612-2620.

DOI: https://doi.org/10.1557/jmr.2018.294

25. Beinik I, Bruix A, Adamsen KC. Water Dissociation and Hydroxyl Ordering on Anatase TiO2 (001)- (1x4). Physical Review Letters. 2018;121(20):206003.

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.206003

26. Mengjie W, Kun L. Application of and research on TiO2 photocatalysis technology. E3S Web of Conferences: 2, Changchun. 2020;165:05001.

DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016505001

27. Mahmood А, Militky J, Pechociakova M, Wiener J. TiO2based photo-catalysis for virus disinfection. Journal of Fiber Bioengineering and Informatics. 2020;14(1):53-66. DOI: https://doi.org/10.3993/JFBIM00364

28. Gopinath KP, Madhav NV, Krishnan A, et al. Present applications of titanium dioxide for the photocatalytic removal of pollutants from water: A review. Journal of Environmental Management. 2020;270:110906. DOI: https://doi.org/10.1016/jjenvman.2020.110906

29. Li J, Li L, Zheng L, Xian Y, Jin L. Determination of chemical oxygen demand values by a photocatalytic oxidation method using nano-TiO2 film on quartz. Talanta. 2006;68(3):765-770. 2

DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2005.06.012

30. Zhu L, Chen Y, Wu Y, Li X, Tang H. A sur-face-fluorinated-TiO2-KMnO4 photocatalytic system for

determination of chemical oxygen demand. Anal Chim Acta. 2006;571:242-247.

DOI: https://doi.Org/10.1016/j.aca.2006.04.073

31. Park H, Choi W. Photocatalysis using ZnO thin films and nanoneedles grown by metal-organic chemical vapor deposition. Phys Chem B 2004;108(13):4086-4093. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200306673

32. Mrowetz M, Selli E. Photocatalytic degradation of formic and benzoic acids and hydrogen peroxide evolution in TiO2 and ZnO water suspensions. Phys Chem Chem Phys. 2005;7(6):1100-1102.

DOI: https://doi.org/10.1016/jjphotochem.2005.09.009

33. Yu JC, Yu J, Ho W, Jiang ZT, Zhang LZ. Effects of F- Doping on the Photocatalytic Activity and Microstructures of Nanocrystalline TiO2 Powders. Chem Mater. 2002;14(9):3808-3816.

DOI: https://doi.org/10.1021/cm020027c

34. Fu HX, Lu GX, Li SB. Adsorption and photo-induced reduction of Cr(VI) ion in Cr(VI)-4CP (4-chlorophe-nol) aqueous system in the presence of TiO2 as photocata-lyst. JPhotochem Photobiol A Chem. 1998;114:81-88. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00205-6

35. Malato S, Blanco J, Richter C, Braun B. Maldonado M.I. Enhancement of the rate of solar photocatalytic mineralization of organic pollutants by inorganic oxidizing species. Appl Catal B Environ. 1998;17(4):347-356.

DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-3373(98)00019-8

36. Colon G, Hidalgo MC, Navio JA. Photocatalytic de-activation of commercial TiO2 samples during simultaneous photoreduction of Cr(VI) and photooxidation of salicylic acid. J Photochem Photobiol A Chem. 2001;138(1):79-85. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(00)00372-5

37. Schrank SG, Jose HJ, Moreira RFPM. Simultaneous photocatalytic Cr(VI) reduction and dye oxidation in a TiO2 slurry reactor. J Photochem Photobiol A Chem. 2002;147(1):71-76.

DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(01)00626-8

38. Kelina SY, Tsymbal DO, Dedkov YM. New methods for the determination of chemical oxygen demand. Methods and Objects of Chemical Analysis. 2017;12(1):17-23. DOI: https://doi.org/10.17721/moca.2017.17-23

39. Кельина СЮ, Цымбал ДО, Дедков ЮМ. Новые возможности катализа процесса окисления при определении химического потребления кислорода (обзор). Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012;78(9):8-12. [дата обращения 2021 апрель 15]. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17957962

40. Кельна СЮ, Цимбал ДО, Трохименко ГГ, Сухарева АС. Мониторинг поверхневих вод Микола!всько1 обласи за показниками хiмiчного споживання кисню в умовах гетерогенного фотокатал1зу. Наук. eicu. НЛТУ Украши. 2015;25(6):147-153. [дата обращения 2021 апрель 15]. Режим доступа: http://eir.nuos.edu.ua/ xmlui/handle/123456789/2943

41. Hamidi H, Niazmand MA, Asrar K, Okolnikova GE. Purification of water contaminated with petroleum hydrocarbons by using the solar Photocatalytic method. International Research Journal. 2021;6-1(108):172-177. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.108.6.027

References

1. The measurement and monitoring of water supply,

sanitation and hygiene (WASH) affordability: a missing element of monitoring of Sustainable Development Goal (SDG) Targets 6.1 and 6.2. New York: United Nations Children's Fund (UNICEF) and the World Health Organization, 2021. [date of access 2021 April 15]. Available from: Available from: https://washdata.org/sites/default/ files/2021-05/unicef-who-2021-affordability-of-wash-services-full.pdf

2. World Health Organization (WHO). Animal Waste, Water Quality and Human Health. Edited by Al Dufour, Jamie Bartram, Robert Bos and Victor Gannon. [date of access 2021 April 15]. Available from: from: https://apps. who.int/iris/handle/10665/75700

3. WHO OECD ILSI/HESI International workshop on risk assessment of combined exposures to multiple chemicals. Series on testing and assessment. 2017;40. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://apps.who.

ОБЩЕСТВЕННОЕ ЗДОРОВЬЕ И ЗДРАВООХРАНЕНИЕ, ГИГИЕНА / Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues 2021;18(4):143-152

int/iris/bitstream/handle/10665/255543/97892415123 74-eng.pdf

4. Progress on household drinking water, sanitation and hygiene 2000-2020: Five years into the SDGs. Geneva: World Health Organization (WHO) and the United Nations Children's Fund (UNICEF), 2021. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://washdata.org/sites/default/files/2021-06/ jmp-2021-wash-households-LAUNCH-VERSI0N.pdf

5. WHO (2006). Guidelines for Drinking-water Quality, 1st Addendum to the 3rd ed., Volume 1: Recommendations, World Health Organization, Geneva. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://apps.who.int/iris/ bitstream/handle/10665/43285/9789241546768_eng.pdf

6. Lur'e JuJu. Analytical chemistry of industrial wastewater. M.: Chemistry; 1984. P. 73-78.

7. Galkovsky SV, Samosyuk AS. Use of water resources in the Republic of Belarus. Economy and society. 2016;11(30):355-358. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://rep.polessu.by/ bitstream/123456789/2 1407/1/lspol%27zovanie_ vodnykh_resursov.pdf

8. Freudenhammer H, Bahnemenn D, Bousselmi L, Geissen S-U, Ghrabi A, Saleh F, Siemon U, Vogelpohl A. Detoxification and recycling of wastewater by solar-catalytic treatment. Water Sci Technol. 1997;35(4):149-156. DOI: https://doi.org/10.1016/S0273-1223(97)00020-6

9. Valeeva AA, Kozlova EA, Dorosheva IB. Synthesis and certification of photocatalysts based on titanium dioxide nanotubes for purifying water and air from harmful organic impurities. Fundamental research and applied development of the processes of processing and disposal of technogenic formations "Technogen-2019". 2019;196-198. [date of access 2021 April 15]. Available from: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=38545017

10. Konstantinova EA, Kytin VG, Marikuca AV, Trusov GV. TiO2 based photocatalysts operating under visible light illumination. Collection of scientific papers of the VI Congress of Biophysicists of Russia. 2019;109. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=41173550

11. Ageeva VA, Golubenko EV, Romashhenko IA, Shubina EN. Efficient catalytic systems for converting alcohols to aldehydes. Chemistry: achievements and prospects: Collection of scientific articles based on the materials of the V All-Russian scientific-practical conference of students and young scientists. 2020;91-94. [date of access 2021 April 15]. Available from: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=42904182

12. Soboleva NM, Nosonovich AA, Goncharuk VV. Heterogeneous photocatalysis in water treatment processes. Chemistry and technology of water. 2007;29(2):125-159. [date of access 2021 April 15]. Available from: http:// dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5503

13. Ilisz I, Foglein KJ, Dombi A. The photochemical behavior of hydrogen peroxide in near UV-irradiated aqueous TiO2 suspensions. Mol Catal A Chem. 1998;135:55-61. DOI: https://doi.org/10.1016/S1381-1169(97)00296-3

14. Abdel-Magd A, Abdel-Wahab, Abd El-Aal M Gaber. TiO2-photocatalytic oxidation of selected heterocyclic sulfur compounds. Journal of Photochemistry and Photobiolo-gy A Chemistry. 1998;114(3):213-218.

DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00204-4

15. Matthews RW, Abdullah M, Low GK-C. Photocatalytic oxidation for total organic carbon analysis. Anal Chim Acta. 1990;233:171-179.

DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)83476-5

16. Ai SY, Li JQ, Yang Y, Gao MN, Pan ZS. Study on photocatalytic oxidation for determination of chemical oxygen demand using a nano-TiO2-K2Cr2O7 system. Anal Chim Acta. 2004;509:237-241.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2003.09.056

17. Ku Y, Jung I-L. Photocatalytic reduction of Cr(VI) in aqueous solutions by UV irradiation with the presence of titanium dioxide. Water Res. 2001;35(1):135-142. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00098-1

18. Balconi ML, Borgarello M, Ferraroli R. Chemical oxygen demand determination in well and river waters by flow-injection analysis using a microwave oven during the oxidation step. Anal Chim Acta. 1992;261:295-299. DOI:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/5503

19. Kim YC, Sasaki S, Yano K, Ikebukuro K, Hashimoto K, Karube I. Photocatalytic sensor for the determination of chemical oxygen demand using flow injection analysis. Anal Chim Acta. 2001;432:59-66.

DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)01145-4

20. Kelina SJu, Dedkov JuM. Possibilities of using the UV - nano-TiO2 - K2Cr2O7 system for COD determination. Journal of Analytical Chemistry. 2016;71(12):1270-1278. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044450216120069

21. Degussa Technical Bulletin Pigments, Highly Dispersed Metallic Oxides Produced by the AEROSIL Process.1990;56:11.

22. Hoffmann MR, Martin ST, W Choi, Bahnemann DW. Environmental Applications of Semiconductor Photo-catalysis. Chem Rev. 1995;95(1):69-96.

DOI: https://doi.org/10.1021/cr00033a004

23. Kapinus EI, Viktorova TI, Haljavka TA. Mechanism and kinetics of photocatalytic degradation of DDT on titanium oxide catalysts. Ukrainian chemical journal. 2009;75(12):102-105. [date of access 2021 April 15]. Available from: http:// dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/82717

24. Song Y, Wang C, Li J. Modification of porphyrin/ dipyridine metal complexes on the surface of TiO2 nanotubes with enhanced photocatalytic activity for photoreduction of CO2 into methanol. Journal of Materials Research. 2018;33(17):2612-2620.

DOI: https://doi.org/10.1557/jmr.2018.294

25. Beinik I, Bruix A, Adamsen KC. Water Dissociation and Hydroxyl Ordering on Anatase TiO2 (001)- (1x4). Physical Review Letters. 2018;121(20):206003.

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.206003

26. Mengjie W, Kun L. Application of and research on TiO2 photocatalysis technology. E3S Web of Conferences: 2, Changchun. 2020;165:05001.

DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016505001

27. Mahmood A, Militky J, Pechociakova M, Wiener J. TiO2based photo-catalysis for virus disinfection. Journal of Fiber Bioengineering and Informatics. 2020;14(1):53-66. DOI: https://doi.org/10.3993/JFBIM00364

28. Gopinath KP, Madhav NV, Krishnan A, et al. Present applications of titanium dioxide for the photocatalytic removal of pollutants from water: A review. Journal of Environmental Management. 2020;270:110906. DOI: https://doi.org/10.1016/jjenvman.2020.110906

29. Li J, Li L, Zheng L, Xian Y, Jin L. Determination of chemical oxygen demand values by a photocatalytic oxidation method using nano-TiO2 film on quartz. Talanta. 2006;68(3):765-770.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2005.06.012

30. Zhu L, Chen Y, Wu Y, Li X, Tang H. A sur-face-fluorinated-TiO2-KMnO4 photocatalytic system for determination of chemical oxygen demand. Anal Chim Acta. 2006;571:242-247.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.04.073

31. Park H, Choi W. Photocatalysis using ZnO thin films and nanoneedles grown by metal-organic chemical vapor deposition. Phys Chem. B. 2004;108(13):4086-4093. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200306673

32. Mrowetz M, Selli E. Photocatalytic degradation of formic and benzoic acids and hydrogen peroxide evolution in TiO2 and ZnO water suspensions. Phys Chem Chem. Phys. 2005;7(6):1100-1102.

DOI: https://doi.org/10.1016/jjphotochem.2005.09.009

2021;18(4):143-152 Проблемы здоровья и экологии/Health and Ecology Issues

33. Yu JC, Yu J, Ho W, Jiang ZT, Zhang LZ. Effects of F- Doping on the Photocatalytic Activity and Microstructures of Nanocrystalline TiO2 Powders. Chem Mater. 2002;14(9):3808-3816.

DOI: https://doi.org/10.1021/cm020027c

34. Fu HX, Lu GX, Li SB. Adsorption and photo-induced reduction of Cr(VI) ion in Cr(VI)-4CP (4-chlorophe-nol) aqueous system in the presence of TiO2 as photocata-lyst. JPhotochem Photobiol A Chem. 1998;114:81-88. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(98)00205-6

35. Malato S, Blanco J, Richter C, Braun B. Maldonado M.I. Enhancement of the rate of solar photocatalytic mineralization of organic pollutants by inorganic oxidizing species. Appl Catal B Environ. 1998;17(4):347-356.

DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-3373(98)00019-8

36. Colon G, Hidalgo MC, Navio JA. Photocatalytic deactivation of commercial TiO2 samples during simultaneous photoreduction of Cr(VI) and photooxidation of salicylic acid. J Photochem Photobiol A Chem. 2001;138(1):79-85. DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(00)00372-5

37. Schrank SG, Jose HJ, Moreira RFPM. Simultaneous photocatalytic Cr(VI) reduction and dye oxidation in a TiO2 slurry reactor. J Photochem Photobiol A Chem. 2002;147(1):71-76.

DOI: https://doi.org/10.1016/S1010-6030(01)00626-8

38. Kelina SY, Tsymbal DO, Dedkov YM. New methods for the determination of chemical oxygen demand. Methods and Objects of Chemical Analysis. 2017;12(1):17-23. DOI: https://doi.org/10.17721/moca.2017.17-23

39. Kelina SJu, Tsymbal DO, Dedkov JuM. New possibilities of catalyzing the oxidation process in determining the chemical oxygen consumption (review). Factory laboratory. Diagnostics of materials. 2012;78(9):8-12. [date of access 2021 April 15]. Available from: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=17957962

40. Kelina SJu, Tsymbal DO, Trohimenko GG, Suhareva AS. Monitoring of surface waters of the Nikolaev area on indicators of chemical consumption of oxygen in the conditions of heterogeneous photocatalysis. Scientific Bulletin of NLTU of Ukraine. 2015;25(6):147-153. [date of access 2021 April 15]. Available from: http://eir.nuos.edu. ua/xmlui/handle/123456789/2943

41. Hamidi H, Niazmand MA, Asrar K, Okolnikova GE. Purification of water contaminated with petroleum hydrocarbons by using the solar Photocatalytic method. International Research Journal. 2021;6-1(108):172-177. DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.108.6.027

Информация об авторах / Information about the authors

Цымбал Денис Олегович, преподаватель кафедры биологической химии, УО «Гомельский государственный медицинский университет»

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6420-3884 e-mail: Gvidyan@gmail.com

Мазаник Мария Евгеньевна, старший преподаватель кафедры биологической химии, УО «Гомельский государственный медицинский университет»

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5357-4791 e-mail: mazanik_mariai@mail.ru

Denis O. Tsymbal, Lecturer at the Department of Biological Chemistry, Gomel State Medical University ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6420-3884 e-mail: Gvidyan@gmail.com

Maria E. Mazanik, Senior Lecturer at the Department of Biological Chemistry, Gomel State Medical University ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5357-4791 e-mail: mazanik_maria@mail.ru

Автор, ответственный за переписку / Corresponding author

Цымбал Денис Олегович Denis O. Tsymbal

e-mail: Gvidyan@gmail.com e-mail: Gvidyan@gmail.com

Received / Поступила e редакцию 12.07.2021 Revised / Поступила после рецензирования 17.07.2021 Accepted / Принята к публикации 29.12.2021