ХЕМОСОРБЦІЙНО-КАТАЛІТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ ФЕРУМ(ІІІ) ХЛОРИДУ ТА ПРИРОДНИХ СОРБЕНТІВ УКРАЇНИ В РЕАКЦІЇ ДІОКСИДУ СУЛЬФУРУ З КИСНЕМ ПОВІТРЯ

Автор(и)

  • Т. О. Кіосе Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, факультет хімії та фармації, кафедра неорганічної хімії та хімічної освіти, Україна https://orcid.org/0000-0001-5991-047X
  • Т. Л. Ракитська Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, факультет хімії та фармації, кафедра неорганічної хімії та хімічної освіти, Україна https://orcid.org/0000-0002-9180-0024
  • Л. А. Раскола Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, факультет хімії та фармації, кафедра неорганічної хімії та хімічної освіти, Україна https://orcid.org/0000-0003-2104-8110

DOI:

https://doi.org/10.18524/2304-0947.2025.1(89).337680

Ключові слова:

природні сорбенти, хемосорбційно-каталітичні композиції, час захисної дії, окиснення, діоксид сульфуру

Анотація

Досліджено кінетику взаємодії діоксиду сульфуру в присутності кисню та пари води з композиціями на основі ферум(ІІІ) хлориду, закріпленими на природних носіях України; розраховані кінетичні та стехіометричні параметри реакції; визначені захисні властивості композицій. Встановлено, що хемосорбційно-каталітичні композиції на основі ферум(ІІІ) хлориду окиснюють діоксид сульфуру без встановлення стаціонарного режиму, але в більшості випадках дослідна кількість окисненого SO2 (Qдосл) перевищує теоретично можливу (Qтеор), тобто стехіометричний коефіцієнт n >> 1, що свідчить про хемосорбційно-каталітичний характер процесу.

Посилання

Recent developments in novel sorbets for flue gas clean up / Ya. Liu, T. M. Bisson, H. Yang, Zh. Xu. Fuel Process. Technol. 2010. Vol. 91, no. 10. P. 1175–1197. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.04.015

Allen S. J., Ivanova E., Koumanova B. Adsorption of sulfur dioxide on chemically modified natural clinoptilolite. Acid modification. Chem. Eng. J. 2009. Vol. 152, no. 2–3. P. 389–395. https://doi.org/10.1016/j.cej.2009.04.063

Kubas G. J. Diagnostic features of transition-metal-sulfur dioxide coordination geometries. Inorg. Chem. 1979. Vol. 18, no. 1. P. 182–188.

Interactive effect for simultaneous removal of SO2, NO, and CO2 in flue gas on ion / D. Hua, Y. Honghong, T. Xiaolong, L. Haiyan, Z. Xuan. Exch Zeolites. 2013. Vol. 52, no. 20. P. 6778–6784.

Gupta A., Gaur V., Verma N. Breakthrough analysis for adsorption of sulfur-dioxide over zeolites. Chem. Eng. Process.: Process Intensif. 2004. Vol. 43, no. 1. P. 9–22. https://doi.org/10.1016/S0255-2701(02)00213-1

Hanif M. A., Ibrahim N., Abdul Jalil A. Sulfur dioxide removal: an overview of regenerative flue gas desulfurization and factors affecting desulfurization capacity and sorbent regeneration. Environ. Sci. Pollut. Res. 2020. Vol. 27. P. 27515–27540. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09191-4

Anurov S. A. Physico-chemical aspects of sulfur dioxide adsorption by carbon adsorbents. Adv. Chem. 1996. Vol. 65, no. 8. P. 718–-732. [in Russian].

In-situ copper impregnation by chemical activation with CuCl2 and its application to SO2 and H2S capture by activated carbons / Y. Boutillara, J. L. Tombeur, G. De Weireld, P. Lodewyckx. Chem. Eng. J. 2019. Vol. 372. P. 631–637. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.04.183

Adsorption of SОx by oxide materials: a review / Y. Mathieu, L. Tzanis, M. Soulard, J. Patarin, M. Vierling, M. Molière. Fuel Process. Technol. 2013. Vol. 144. P. 81–100. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2013.03.019

Manganese oxide nanoarchitectures as broad-spectrum sorbents for toxic gases / J. W. Long, J. M. Wallace, G. W. Peterson, K. Huynh. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016. Vol. 8, no. 2. P. 1184–1193. https://doi.org/10.1021/acsami.5b09508

Jia Z., Liu Z., Zhao Y. Kinetics of SO2 removal from flue gas on CuO/Al2O3 sorbent-catalyst. Chem. Eng. Technol. 2007. Vol. 30, no. 9. P. 1221–1227. https://doi.org/10.1002/ceat.200700139

Cheng W. P., Zhao J. Z., Yang J. G. Mg Al Fe Cu mixed oxides for SO2 removal capacity: influence of the copper and aluminum incorporating method. Catal. Commun. 2012. Vol. 23. P. 1–4. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2008.11.038

SO2 retention on CaO/activated carbon sorbents. Part II: Effect of the activated carbon support / M. C. Macías-Pérez, M. A. Lillo-Ródenas, A. Bueno-López, C. Salinas-Martínez de Lecea, A. Linares-Solano. Fuel. 2008. Vol. 87, no. 12. P. 2544–2550. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.01.022

Hui-Hsin T., Ming-Yen W. Study of SO2 adsorption and thermal regeneration over activated carbon-supported copper oxide catalysts. Carbon. 2004. Vol. 42, no. 11. P. 2269–2278. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2004.05.004

Brimblecombe P., Spedding D. J. The catalytic oxidation of micromolar aqueous sulphur dioxide – I: Oxidation in dilute solutions containing iron(III). Atmos. Environ. 1974. Vol. 8, no. 9. P. 937–945. https://doi.org/10.1016/0004-6981(74)90083-3

Dasgupta P. K., Mitchell P. A., West P. W. Study of transition metal ion-s(iv) systems. Atmos. Environ. 1979. Vol. 13, no. 12. P. 775–782. https://doi.org/10.1016/0004-6981(79)90336-6

Barron C. H., O’Hern H. A. Reaction kinetics of sodium sulfite oxidation by the rapid-mixing method. Chem. Eng. Sci. 1966. Vol. 21, no. 5. P. 397–404. https://doi.org/10.1016/0009-2509(66)85050-9

Cheng R. T., Corn M., Frohliger J. O. Contribution to the reaction kinetics of water soluble aerosols and SO2 in air at PPM concentrations. Atmos. Environ. 1971. Vol. 5, no. 12. P. 987–1008. https://doi.org/10.1016/0004-6981(71)90001-1

Aqueous S(IV) oxidation – I. Catalytic effects of some metal ions / I. Grgić, V. Hudnik, M. Bizjak, J. Levec. Atmos. Environ. 1991. Vol. 25А, no. 8. P. 1591–1597. https://doi.org/10.1016/0960-1686(91)90017-2

Anast J. M., Margerum D. W. Trivalent copper catalysis of the autoxidation of sulfite. Kinetics and mechanism of the copper(III/II) tetraglycine reactions with sulfite. Inorg. Chem. 1981. Vol. 20, no. 7. P. 2319–2326. https://doi.org/10.1002/chin.198140301

The oxidation of iron(II) sulfate with sulfur dioxide and oxygen mixtures / T. Sato, T. Gotto, T. Okabe, F. Lawson. Bull chem. Soc. Jpn. 1984. Vol. 57, no. 8. P. 2082–2086. https://doi.org/10.1246/bcsj.57.2082

McElroy W. J., Waygood S. J. Kinetics of the reactions of the SO4 – radical with SO4–, S2O82-, H2O and Fe2+. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1990. Vol. 86, no. 14. P. 2557–2564. https://doi.org/10.1039/ft9908602557

Bal Reddy K., Eldik R. Kinetics and mechanism of the suifite-induced autoxidation of Fe(II) in acidic aqueous solution. Atmos. Environ. 1992. Vol. 26А, no. 4. P. 661– 665. https://doi.org/10.1016/0960-1686(92)90177-m

Brandt C., Fabifin I., Eldik R. Kinetics and mechanism of the iron(III)-catalyzed autoxidation of sulfur(IV) oxides in aqueous solution. Evidence for the redox cycling of iron in the presence of oxygen and modeling of the overall reaction mechanism. Inorg. Chem. 1994. Vol. 33, no. 4. P. 687–701. https://doi.org/10.1021/ic00082a012

Matteson M. J., Stober W., Luther H. Kinetics of the oxidation of sulfur dioxide by aerosols by manganese sulfate. I E.C. Fund. 1969. Vol. 8, no. 4. P. 677–687. https://doi.org/10.1021/i160032a013

Cains P. W., Carabine M. D. Oxidation of sulphur dioxide in aerosol droplets, catalysed by manganous sulphate. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1977. Vol. 74. P. 2689–2702. https://doi.org/10.1039/f19787402689

Crump J. G., Flagan R. C., Seiufeld J. H. An experimental study of the oxidation of sulfur dioxide in aqueous manganese sulfate aerosols. Atmos. Environ. 1983. Vol. 17, no. 7. P. 1277–1289. https://doi.org/10.1016/0004-6981(83)90402-x

Ibusuki T., Barness H. M. Manganese(II) catalyzed sulfur dioxide oxidation in aqueous solution at environmental concentrations. Atmos. Environ. 1984. Vol. 18, no. 1. P. 145–151. https://doi.org/10.1016/0004-6981(84)90237-3

Siskos P. A., Peterson N. C., Huie R. E. Kinetics of the manganese(III)-sulfur(IV) reaction in aqueous perchloric acid solutions. Inorg. Chem. 1984. Vol. 23, no. 8. P. 1134–1137. https://doi.org/10.1021/ic00176a024

Berglund J., Elding L. I. Manganese-catalysed autoxidation of dissolved sulfur dioxide in the atmospheric aqueous phase. Atmos. Environ. 1995. Vol. 29, no. 12. P. 1379–1391. https://doi.org/10.1016/1352-2310(95)91318-m

Coichev N., Eldik R. Kinetics and mechanism of the sulfite-induced autoxidation of cobalt(II) in aqueous azide medium. Inorg. Chem. 1991. Vol. 30, no. 10. P. 2375–2380. https://doi.org/10.1021/ic00010a028

Ermakov A. N., Purmal A. P. Katalitiheskiy mekhanizm “nekataliticheskogo” avtookisleniya sulfita [Catalytic mechanism of “non-catalytic” auto-oxidation of sulfite]. Kinet. and catal. 2001. Vol. 42, no. 4. P. 531–542. [in Russian].

Ermakov A. N., Purmal A. P. Kataliz okisleniya НSO3- / НSO32- ionami margantsa [Catalysis of НSO3- / НSO32- oxidation by manganese ions. Kinet. and catal. 2002. Vol. 43, no. 2. P. 273–284. [in Russian].

O katalize ionami zheleza okisleniya SO2 v atmisfere [On the catalysis of SO2 oxidation in the atmosphere by iron ions] / A. N. Ermakov, I. K. Larin, A A. Ugarov, A. P. Purmal. Kinet. and catal. 2003. Vol. 44, no. 4. P. 524–537.

Dorfman Ya. A. Zhidkofaznyy kataliz (orbitalnoe rassmotrenie) [Liquid phase catalysis (orbital modelling)]. Alma-Ata : Science of the KazSSR, 1981. 364 p. [in Russian].

Ivanova E., Kuomanova B. Adsorption of sulfur dioxide on natural clinoptilolite chemically modified with salt solutions. J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 167, no. 1–3/ P. 306–312. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.12.124

Catalytic compositions based on chlorides of d-metals and natural aluminosilicates for the low-temperature sulfur dioxide oxidation with air oxygen / T. L. Rakitskaya, T. A. Kiose, K. O. Golubchik, G. M. Dzhiga, A. A. Ennan, V. Y. Volkova. Acta Phys. Pol. A. 2018. Vol. 133, no. 4. P. 1074–1078. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.133.1074

Solid-state compositions for low-temperature sulphur dioxide oxidation consisting of natural clinoptilolite, copper(II) and halide ions / T. L. Rakitskaya, E. V. Kameneva, T. A. Kiose, V. Ya. Volkova. Solid State Phenom. 2015. Vol. 230. P. 291–296. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.230.291

Hong A. P., Bahnemann D. W., Hoffmann M. R. Cobalt(II) tetrasulfophthalocyanine on titanium dioxide. 2. Kinetics and mechanisms of the photocatalytic oxidation of aqueous sulfur dioxide. J. Phys. Chem. 1987. Vol. 91, no. 24. P. 6245–6251. https://doi.org/10.1021/j100308a035

Rakitskaya T., Kiose T., Raskola L. Synthetic zeolites modified with salts of transition metals in the reaction of chemisorption-catalytic oxidation of sulfur dioxide by air oxygen. Chem. J. Moldova. 2021. Vol. 16, no. 2. P. 91–101. https://doi.org/10.19261/cjm.2021.913

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-06-27

Як цитувати

Кіосе, Т. О., Ракитська, Т. Л., & Раскола, Л. А. (2025). ХЕМОСОРБЦІЙНО-КАТАЛІТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ ФЕРУМ(ІІІ) ХЛОРИДУ ТА ПРИРОДНИХ СОРБЕНТІВ УКРАЇНИ В РЕАКЦІЇ ДІОКСИДУ СУЛЬФУРУ З КИСНЕМ ПОВІТРЯ. Вісник Одеського національного університету. Хімія, 30(1(89), 163–175. https://doi.org/10.18524/2304-0947.2025.1(89).337680

Номер

Том 30 № 1(89) (2025)

Розділ

Статті

Ліцензія

Creative Commons License

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

Правовласниками опублікованого матеріалу являються авторський колектив та засновник журналу на умовах, що визначаються видавничою угодою, що укладається між редакційною колегією та авторами публікацій. Ніяка частина опублікованого матеріалу не може бути відтворена без попереднього повідомлення та дозволу автора.

Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.