Вивчення кінетики окиснення нітрит йонів калій фератом(VI)

Автор(и)

  • James Carr Університет Небраска-Лінкольн Гамільтон-хол, 526, Лінкольн, Небраска, США, 68588-0304, США https://orcid.org/0000-0002-3985-7226
  • Irina Goncharova Київський національний торговельно-економічний університет вул. Кіото, 19, м. Київ, Україна, 02156, Україна https://orcid.org/0000-0001-7867-9154
  • Dmitriy Golovko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0003-0379-083X
  • Charles McLaughlin Державний університет Монтана Гейнес-хол, 215, Боземан, Монтана, США, 59717, США https://orcid.org/0000-0002-2872-7434
  • Igor Golovko Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005, Україна https://orcid.org/0000-0001-5273-2818
  • John Erickson Новартіс фармацевтична компанія Хайвей, 10401, Лінкольн, Небраска, США, 68517, США https://orcid.org/0000-0001-7605-6252

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133460

Ключові слова:

калій ферат(VI), нітрит йони, кінетика окиснення, синтез фератів(VI), лужні розчини

Анотація

Вивчено кінетику окиснення нітрит до нітрат йонів калій фератом(VI) в широкому діапазоні рН, від нейтрального до лужного середовища. Проведено дві серії кінетичних експериментів, заснованих на різних технологіях одержання калій ферату(VI). В першій серії експериментів кристалічний калій ферат(VI) отримували хімічним синтезом. В діапазоні рН 6.5–11 твердий K2FeO4 додавали до розчинів нітрит йонів при відомій концентрації та рН. Експерименти проводили під контролем рН та йонної сили. Кінетичні дослідження коливалися від мілісекунд до декількох хвилин. В другій серії експериментів розчини K2FeO4 було отримано електрохімічним синтезом. Лужні розчини калій ферату(VI) в 8.0 М КОН готували електрохімічним розчинення сталевих пластин (S=10 см2), що містили: C – 0.16 %; Мn – 0.43 %; Si – 0.04 %; S – 0.03 %; Р – 0.04 %; решта Fe. Експерименти проводили з використанням свіжих розчинів калій ферату(VI) та розчинів, що витримувалися після синтезу декілька днів, під контролем концентрації нітрит йонів. Кінетичні дослідження коливалися від декількох хвилин до годин. Встановлено, що максимальна швидкість реакції окиснення досягається при використанні розчину K2FeO4, витриманого після синтезу 8 днів. Дві серії дослідів показали, що швидкість окиснення нітрит йонів залежить від концентрації протонованого ферату, . Досліджено залежність спостережуваних констант швидкості від рН, концентрацій нітриту та йонної сили. Розраховані істинні константи швидкості, порядки реакції за нітрит та ферат йонами, загальний порядок реакції. Знайдена константа швидкості реакції окиснення води фератом(VI). Дослідження, наведені в даній статті, важливі, тому що кінетику окиснення шкідливих неорганічних та органічних речовин фератами(VI) лужних металів широко застосовують для встановлення оптимальних параметрів технологічних процесів очищення поверхневих вод, промислових стічних вод та повітря

Біографії авторів

James Carr, Університет Небраска-Лінкольн Гамільтон-хол, 526, Лінкольн, Небраска, США, 68588-0304

Доктор хімічних наук, почесний професор

Кафедра хімії

Irina Goncharova, Київський національний торговельно-економічний університет вул. Кіото, 19, м. Київ, Україна, 02156

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра товарознавства, управління безпечністю та якістю

Dmitriy Golovko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра технології неорганічних речовин та екології

Charles McLaughlin, Державний університет Монтана Гейнес-хол, 215, Боземан, Монтана, США, 59717

Доктор хімічних наук, професор

Кафедра хімії та біохімії

Igor Golovko, Український державний хіміко-технологічний університет пр. Гагаріна, 8, м. Дніпро, Україна, 49005

Асистент

Кафедра технології електрохімічних виробництв та електротехніки

John Erickson, Новартіс фармацевтична компанія Хайвей, 10401, Лінкольн, Небраска, США, 68517

Кандидат хімічних наук, доцент

Відділ здоров’я споживачів

Посилання

  1. Manoli, K., Nakhla, G., Ray, A. K., Sharma, V. K. (2017). Oxidation of caffeine by acid-activated ferrate(VI): Effect of ions and natural organic matter. AIChE Journal, 63 (11), 4998–5006. doi: 10.1002/aic.15878
  2. Homolková, M., Hrabák, P., Graham, N., Černík, M. (2016). A study of the reaction of ferrate with pentachlorophenol – kinetics and degradation products. Water Science and Technology, 75 (1), 189–195. doi: 10.2166/wst.2016.496
  3. Sun, X., Zhang, Q., Liang, H., Ying, L., Xiangxu, M., Sharma, V. K. (2016). Ferrate(VI) as a greener oxidant: Electrochemical generation and treatment of phenol. Journal of Hazardous Materials, 319, 130–136. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.12.020
  4. Kralchevska, R. P., Sharma, V. K., Machala, L., Zboril, R. (2016). Ferrates(Fe(VI), Fe(V), and Fe(IV)) oxidation of iodide: Formation of triiodide. Chemosphere, 144, 1156–1161. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.09.091
  5. Yates, B. J., Zboril, R., Sharma, V. K. (2014). Engineering aspects of ferrate in water and wastewater treatment – a review. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 49 (14), 1603–1614. doi: 10.1080/10934529.2014.950924
  6. Sharma, V. K. (2013). Ferrate(VI) and ferrate(V) oxidation of organic compounds: Kinetics and mechanism. Coordination Chemistry Reviews, 257 (2), 495–510. doi: 10.1016/j.ccr.2012.04.014
  7. Casbeer, E. M., Sharma, V. K., Zajickova, Z., Dionysiou, D. D. (2013). Kinetics and Mechanism of Oxidation of Tryptophan by Ferrate(VI). Environmental Science & Technology, 47 (9), 4572–4580. doi: 10.1021/es305283k
  8. Wood, R. H. (1958). The Heat, Free Energy and Entropy of the Ferrate(VI) Ion. Journal of the American Chemical Society, 80 (9), 2038–2041. doi: 10.1021/ja01542a002
  9. Yngard, R. A., Sharma, V. K., Filip, J., Zboril, R. (2008). Ferrate(VI) Oxidation of Weak-Acid Dissociable Cyanides. Environmental Science & Technology, 42 (8), 3005–3010. doi: 10.1021/es0720816
  10. Denvir, A., Pletcher, D. (1996). Electrochemical generation of ferrate Part I: Dissolution of an iron wool bed anode. Journal of Applied Electrochemistry, 26 (8), 815–822. doi: 10.1007/bf00683743
  11. Denvir, A., Pletcher, D. (1996). Electrochemical generation of ferrate Part 2: Influence of anode composition. Journal of Applied Electrochemistry, 26 (8), 823–827. doi: 10.1007/bf00683744
  12. Golovko, D., Sharma, V., Pavlova, O., Belyanovskaya, E., Golovko, I., Suprunovich, V., Zboril, R. (2011). Determination of submillimolar concentration of ferrate(VI) in alkaline solutions by amperometric titration. Open Chemistry, 9 (5). doi: 10.2478/s11532-011-0069-8
  13. Golovko, D. A., Sharma, V. K., Suprunovich, V. I., Pavlova, O. V., Golovko, I. D., Bouzek, K., Zboril, R. (2011). A Simple Potentiometric Titration Method to Determine Concentration of Ferrate(VI) in Strong Alkaline Solutions. Analytical Letters, 44 (7), 1333–1340. doi: 10.1080/00032719.2010.511748
  14. Sharma, V. K. (2010). Oxidation of nitrogen-containing pollutants by novel ferrate(VI) technology: A review. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 45 (6), 645–667. doi: 10.1080/10934521003648784
  15. Osathaphan, K., Kittisarn, W., Chatchaitanawat, P., Yngard, R. A., Kim, H., Sharma, V. K. (2014). Oxidation of Ni(II)-cyano and Co(III)-cyano complexes by Ferrate(VI): Effect of pH. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 49 (12), 1380–1384. doi: 10.1080/10934529.2014.928250
  16. Sharma, V. K., Yngard, R. A., Cabelli, D. E., Clayton Baum, J. (2008). Ferrate(VI) and ferrate(V) oxidation of cyanide, thiocyanate, and copper(I) cyanide. Radiation Physics and Chemistry, 77 (6), 761–767. doi: 10.1016/j.radphyschem.2007.11.004
  17. Costarramone, N., Kneip, A., Castetbon, A. (2004). Ferrate(VI) Oxidation of Cyanide in Water. Environmental Technology, 25 (8), 945–955. doi: 10.1080/09593330.2004.9619388
  18. Johnson, M. D., Hornstein, B. J. (2003). The Kinetics and Mechanism of the Ferrate(VI) Oxidation of Hydroxylamines. Inorganic Chemistry, 42 (21), 6923–6928. doi: 10.1021/ic020705x
  19. Golovko, D. A., Goncharova, I. V., Golovko, I. D., Belyanovskaya, E. A., Danilov, F. I. (2006). Absorption of NO and CO by the alkaline solutions of sodium ferrate. ACS National Meeting Book of Abstracts, 232, 716.
  20. Carr, J. D. (2008). Kinetics and Product Identification of Oxidation by Ferrate(VI) of Water and Aqueous Nitrogen Containing Solutes. ACS Symposium Series, 189–196. doi: 10.1021/bk-2008-0985.ch013
  21. Edwards, J. O., Mueller, J. J. (1962). The Rates of Oxidation of Nitrite Ion by Several Peroxides. Inorganic Chemistry, 1 (3), 696–699. doi: 10.1021/ic50003a050
  22. Cachaza, J. M., Casado, J., Castro, A., Quintela, M. A. L. (1976). Kinetics of oxidation of nitrite by hypochlorite ions in aqueous basic solution. Canadian Journal of Chemistry, 54 (21), 3401–3406. doi: 10.1139/v76-488
  23. Panigrahi, G. P., Nayak, R. (1983). Kinetic and mechanistic studies on the oxidation of nitrite by peroxomonophosphoric acid. International Journal of Chemical Kinetics, 15 (10), 989–995. doi: 10.1002/kin.550151004
  24. Gan, W., Sharma, V. K., Zhang, X., Yang, L., Yang, X. (2015). Investigation of disinfection byproducts formation in ferrate(VI) pre-oxidation of NOM and its model compounds followed by chlorination. Journal of Hazardous Materials, 292, 197–204. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.02.037
  25. Jiang, J.-Q., Durai, H. B. P., Winzenbacher, R., Petri, M., Seitz, W. (2014). Drinking water treatment byin situgenerated ferrate(VI). Desalination and Water Treatment, 55 (3), 731–739. doi: 10.1080/19443994.2014.938303
  26. Thompson, G. W., Ockerman, L. T., Schreyer, J. M. (1951). Preparation and Purification of Potassium Ferrate. VI. Journal of the American Chemical Society, 73 (3), 1379–1381. doi: 10.1021/ja01147a536
  27. Talaiekhozani, A., Talaei, M. R., Rezania, S. (2017). An overview on production and application of ferrate (VI) for chemical oxidation, coagulation and disinfection of water and wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5 (2), 1828–1842. doi: 10.1016/j.jece.2017.03.025
  28. Luo, Z., Strouse, M., Jiang, J.-Q., Sharma, V. K. (2011). Methodologies for the analytical determination of ferrate(VI): A Review. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 46 (5), 453–460. doi: 10.1080/10934529.2011.551723
  29. Venkatadri, A. S., Wagner, W. F., Bauer, H. H. (1971). Ferrate(VI) analysis by cyclic voltammetry. Analytical Chemistry, 43 (8), 1115–1119. doi: 10.1021/ac60303a036
  30. Kelter, P. B., Carr, J. D. (1979). Noniterative method for computer evaluation of second-order kinetic data. Analytical Chemistry, 51 (11), 1825–1828. doi: 10.1021/ac50047a050
  31. Kelter, P. B., Carr, J. D. (1979). A microcomputer compatible method of resolving rate constants in mixed first- and second-order kinetic rate laws. Analytical Chemistry, 51 (11), 1828–1834. doi: 10.1021/ac50047a051
  32. Golovko, D., Golovko, I., Goncharova, I., Shevchenko, L. (2017). Usage of mother liquor recycling for the obtaining of Fe(VI) compounds. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (87)), 55–59. doi: 10.15587/1729-4061.2017.101071
  33. Golovko, D. A., Golovko, I. D., Shevchenko, L. V., Goncharova, I. V. (2017). Modernization of ferrate (VI) technology from the iron hydroxides. Technology audit and production reserves, 1 (3 (33)), 4–8. doi: 10.15587/2312-8372.2017.92565
  34. Carr, J. D., Kelter, P. B., Tabatabai, A., Spichal, D., Erickson, J. E., McLaughin, C. W. (1985). Properties of ferrate(VI) in aqueous solution: an alternate oxidant in wastewater treatment. Proceedings of the Conference on Water Chlorination: Chemistry, Environmental Impact and Health Effects, 1285–1298.
  35. Liu, H., Wang, D., Shan, J. (2016). Oxidation of Gabapentin by Potassium Ferrate (VI) in Alkaline Media-Kinetics and Mechanism Study. International Journal of Advanced Research in Chemical Science, 3 (5), 37–43. doi: 10.20431/2349-0403.0305005

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-13

Як цитувати

Carr, J., Goncharova, I., Golovko, D., McLaughlin, C., Golovko, I., & Erickson, J. (2018). Вивчення кінетики окиснення нітрит йонів калій фератом(VI). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6 (93), 18–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133460

Номер

Том 3 № 6 (93) (2018): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 James Carr, Irina Goncharova, Dmitriy Golovko, Charles McLaughlin, Igor Golovko, John Erickson

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.