кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
В данном исследовании представлен комплексный экспериментальный и теоретический анализ процесса сверхкритического водного окисления (СКВО) олеиновой кислоты, используемой в качестве модельного соединения для изучения деструкции жирных кислот в отходах химических производств. Метод СКВО признается одной из наиболее перспективных экологически безопасных технологий для глубокой переработки органических отходов, основанной на уникальных физико-химических свойствах воды в сверхкритическом состоянии. В работе изучены кинетические аспекты процесса окисления пероксидом водорода в температурном диапазоне 673-723 К при постоянном давлении 29,4 МПа. Для преодоления проблемы ограниченной взаимной растворимости реагентов при комнатной температуре была разработана и оптимизирована методика приготовления стабильной эмульсии с применением ультразвукового диспергирования на оборудовании Hielscher UIP1000HD. Мониторинг эффективности процесса проводился через изменение показателя химического потребления кислорода (ХПК), а качественный и количественный состав продуктов реакции анализировался с использованием комплекса современных аналитических методов, включая газовую хроматографию-масс-спектрометрию и ИК-Фурье спектроскопию. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность окисления олеиновой кислоты в сверхкритических условиях с достижением степени конверсии 88,6% при оптимальных параметрах процесса. Кинетический анализ установил, что реакция имеет первый порядок, а основным идентифицированным продуктом окисления является уксусная кислота. Рассчитанные кинетические параметры процесса включают энергию активации -94,82 кДж/моль и предэкспоненциальный множитель 25908 с⁻¹. Теоретически на основе анализа диэлектрических характеристик системы определен оптимальный температурный диапазон 750-800 К для обеспечения максимальной взаимной растворимости реагентов. Полученные научные данные вносят существенный вклад в понимание механизма СКВО карбоновых кислот и предоставляют фундаментальную основу для проектирования и оптимизации промышленных установок переработки органических отходов.
This study presents a comprehensive experimental and theoretical analysis of the supercritical water oxidation (SCWO) of oleic acid used as a model compound to study the degradation of fatty acids in chemical waste. The SCWO method is recognized as one of the most promising environmentally friendly technologies for deep processing of organic waste based on the unique physicochemical properties of supercritical water. The kinetic aspects of the oxidation process with hydrogen peroxide in the temperature range of 673-723 K at a constant pressure of 29.4 MPa are studied. To overcome the problem of limited mutual solubility of reagents at room temperature, a technique for preparing a stable emulsion using ultrasonic dispersion on Hielscher UIP1000HD equipment was developed and optimized. The process efficiency was monitored through the change of the chemical oxygen demand (COD) index, and the qualitative and quantitative composition of the reaction products was analyzed using a set of modern analytical methods, including gas chromatography-mass spectrometry and FTIR spectroscopy. The obtained results demonstrate high efficiency of oleic acid oxidation under supercritical conditions with the conversion degree of 88.6% achieved at optimal process parameters. Kinetic analysis established that the reaction is first order, and the main identified oxidation product is acetic acid. The calculated kinetic parameters of the process include the activation energy of -94.82 kJ/mol and the pre-exponential factor of 25908 s⁻¹. The optimal temperature range of 750-800 K was determined theoretically based on the analysis of the dielectric characteristics of the system to ensure maximum mutual solubility of the reagents. The obtained scientific data make a significant contribution to the understanding of the SCWO mechanism of carboxylic acids and provide a fundamental basis for the design and optimization of industrial plants for the processing of organic waste.