Адсорбция на платине и электрокаталитическое окисление пурпурина

УДК 541.13.547.97

АДСОРБЦИЯ НА ПЛАТИНЕ И ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ПУРПУРИНА

Г. Л. Видович, И. В. Соколов, Э. А. Мамедов, Г. А. Богдановский

Методом кривых заряжении и адсорбционных сдвигов потенциала показано, что адсорбционное поведение пурпурина на платине в щелочном растворе проявляется через слабо выраженную диссоциативную хемосорбцию, обусловленную дегидрированием. Установлено, что электрокаталитическое окисление пурпурина сопровождается обесцвечиванием его растворов вследствие разрушения цепи сопряжения красителя, полное обесцвечивание достигнуто при потенциалах выделения кислорода.

Адсорбцию антрахинонового красителя пурпурина (1-, 2-, 4-триоксиантрахинона) исследовали методом потен-циодинамических кривых заряжения и методом адсорбционных сдвигов потенциала. Как известно [1], хемосорби-рованные частицы органических веществ после промывок сохраняются на поверхности электрода. Хемосорбция проявляется также в форме электрических сигналов, выраженных сдвигом потенциала в положительную сторону (деоксидирование) или в отрицательную сторону (дегидрирование) в момент ввода вещества в систему. В случае физической адсорбции электрические сигналы при вводе вещества малы, а кривые заряжения после удаления органического вещества путем промывок не фиксируют наличие вещества на поверхности электрода.

Адсорбцию пурпурина исследовали на платинированном платиновом (К/П) электроде, выполненном в виде пластины (5 = 3.8 см ). При исследовании электроокисления красителя анодом была П/К сетка. Платинирование проводили в 2%-м растворе Н2Р1;С16 при постоянном потенциале Е = 0.2 В (О.В.Э.) в течение 2 ч, после чего электроды поляризовались анодно и катодно в 0.05 М Н2804 [2]. Величины истинной поверхности электродов определяли методом потенциодинамических кривых заряжения. Расчет проводили согласно методике [3] по водородной области анодных кривых заряжения, снятых в 0.5 М Н2804 при скорости развертки потенциала ¥=10 мв/с. Для К/К пластины 5ист = 7. 102см2, для К/К сетки 5 = 2. 103см2.

ист

При вводе в систему красителя из расчета 0.5 г/л (фон 0.5 М КОН) при потенциале 0.5 В (О.В.Э.), который соответствует минимальной адсорбции водорода и кислорода в щелочи, наблюдался сдвиг потенциала в отрицательную сторону (табл. 1). Характер сдвига и его величина указывают на сравнительно небольшую диссоциативную хемо-сорбцию, обусловленную дегидрированием. Для количественной оценки адсорбции пурпурина краситель удаляли из системы путем многократных промывок фоновым раствором в атмосфере аргона, после чего снимали кривые

Т а б л и ц а 1

Изменение во времени потенциала Р^П электрода С^ист = 7. 102 см2)

Время, мин 0 1 3 10 15 30 60 90

Е, В (О.В.Э.) 0.50 0.48 0.40 0.35 0.33 0.32 0.32 0.32

Анодные потенциодинамические кривые заряжения Р1:/Р1 электрода (¥ = 10 мв/с): 1- в растворе фона 0.5 М КОН; 2 - в растворе, содержащим пурпурин 0.5 г/л; 3 - после промывки от пурпурина

17 ВМУ, Химия, № 4

заряжения. На рисунке приведены потенцио динамические кривые заряжения (К=10 мв/с) в фоновом растворе и в растворе после промывок от красителя. На кривой заряжения, снятой после промывок (рис., кривая 3), пики десорбции водорода расположены ниже фоновых, что свидетельствует о частичной блокировке поверхности платины хемосорбированными частицами. Степень заполнения этими частицами 8а вычисляли по водородной области анодной кривой заряжения:

ия

= 1 -

(в Я ) А (в 0 ) А

Т а б л и ц а 2

Изменение оптической плотности и цветности раствора пурпурина в процессах электрокаталитического окисления при разных потенциалах

где ( в 0 ) А и ) в Я ) А - количество электричества, затраченное на снятие адсорбированного водорода в растворе фона и в растворе после промывок от красителя. Небольшая величина 8а = 0.2 и характер адсорбционных сдвигов потенциала электрода (табл. 1) свидетельствуют о слабой диссоциативной хемосорбции пурпурина, выраженной дегидрированием. Хемосорбированные частицы полностью окисляются в области потенциалов 1.1-1.5 В: второй цикл анодных кривых заряжения совпадает с фоновой кривой. Катодная кривая десорбции кислорода после промывок совпадает с фоновой.

Кислородные области анодных кривых заряжения (Е = 1.1-1.5 В) в растворе, содержащем пурпурин (рисунок, кривая 2), расположены выше фоновых. Это свидетельствует об окислении пурпурина в области потенциалов, предшествующих выделению кислорода в отличие, например, от некоторых азокрасителей, для которых характерна только слабо выраженная физическая адсорбция на платине [4].

Как известно, одним из этапов очистки высокоцветных сточных вод, содержащих красители, является их обесцвечивание [5]. Потеря цветности обусловлена разрушением цепи сопряжения молекул красителя [6]. С целью выявления условий обесцвечивания проводили электрокаталитическое окисление растворов пурпурина с исходной концентрацией 110-2 г/л, которая соответствует концентрации красителей в сточных водах бумажных производств [7] и некоторых предприятий текстильной промышленности [8]. Измерения проводили как при потенциале до кислородного перенапряжения (Е = 1.2 В), так и при потенциале выделения кислорода (Е = 2.5 В). Критерием обесцвечивания красителя в процессах по-тенциостатического окисления служила величина оптической плотности Б исследуемого раствора, измеренная с помощью электрофотоколориметра «КФК-2». Значения Б при 1= 490 нм, соответствующие максимуму поглощения пурпурина, характеризуют интенсивность цветности исследуемого раствора, выраженную в градусах цветно-

Время, Е = 1.2 В Е = 2.5 В

мин В цветность, В цветность,

град град

0 1.00 280 1.00 280

20 0.20 50 0.10 31

60 0.18 45 0.06 20

100 0.17 43 0.01 2

140 0.16 40 0 0

сти бихромат-кобальтовой шкалы [9]. В процессе электрокаталитического окисления оптическая плотность и цветность раствора уменьшались во времени, что указывает на разрушение цепи сопряжения красителя. При потенциале Е = 1.2 В удалось достичь только частичного обесцвечивания раствора. При Е = 2.5 В за то же время воздействия достигнуто полное обесцвечивание раствора красителя (табл. 2). Таким образом, установлено, что для обесцвечивания раствора пурпурина предпочтителен режим электрокаталитического окисления при потенциалах выделения кислорода. Для очистки воды от красителя после обесцвечивания требуется дополнительное воздействие с целью окисления продуктов деструкции до минеральных веществ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дамаскин Б.Б. и др. Электродные процессы в растворах орга-

нических соединений. М., 1985.

2. Подловченко Б.И., Петухова Р.П. // Электрохимия. 1970. 6.

3. Дамаскин Б.Б. и др. Практикум по электрохимии. М., 1991.

4. Першина Е.Д., Видович Г.Л., Богдановский Г. А. Адсорбция азокрасителей на платине // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 1992. 33. С. 55.

5. Краснобородько И.Г. Деструктивная очистка сточных вод от

красителей. Л., 1988.

6. Гордон П.Ф., Грегори П.А. Органическая химия красителей.

М., 1987. С. 1.

7. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев, 1981.

8. Васильев Г.В., Лесков Ю.М. Очистка сточных вод красильно-

отделочных фабрик. М., 1972.

9. Вольф И.В. Методы контроля сточных вод целлюлозно-бумаж-

ного производства. Л., 1971.

Поступила в редакцию 03.03.98