Россия
ООО «Маяк-Техноцелл»
Статья посвящена разработке и оптимизации лабораторного генератора ферратов (Fe(VI)) для эффективной очистки воды от широкого спектра загрязнителей, включая антибиотики, синтетические красители, тяжелые металлы и микроорганизмы. Установка продемонстрировала высокую производительность при оптимальных параметрах работы: плотность тока 10 мА/см², pH 12, температура 25°C и скорость потока 0,3 л/мин. Выход по току Fe(VI) достиг 78%, что обеспечило эффективность удаления загрязнителей на уровне 86% для амоксициллина, 96% для метиленового синего, 94% для дрожжевых клеток и 95% для ионов Pb²⁺. Ключевыми механизмами очистки стали: окисление органических соединений до CO₂ и H₂O (редокс-потенциал Fe(VI) +2,2 В), коагуляция взвешенных частиц гидроксидами железа Fe(OH)₃, обеззараживание за счет повреждения клеточных структур патогенов. Конструкция генератора основана на использовании железной стружки (сталь Ст3) в качестве анода, что снизило стоимость на 90% по сравнению с традиционными электродами. Модульная система обеспечила гибкость при работе с малыми объемами (50-200 мл) и различными типами загрязнений. Однако производительность установки ограничена 0,5 л/час, а необходимость частой замены диафрагмы при высокоминерализованных стоках увеличивает эксплуатационные затраты. Преимущества технологии включают экологическую безопасность (отсутствие токсичных побочных продуктов, таких как диоксины), экономичность и многофункциональность. Для анализа использовались спектрофотометрия (λ = 510 нм для Fe(VI)), турбидиметрия (OD₆₀₀ для дрожжей) и рефрактометрия, что обеспечило точность измерений при минимальных затратах. Перспективы работы связаны с интеграцией IoT-датчиков для онлайн-мониторинга и применением возобновляемых источников энергии. Результаты подтверждают потенциал ферратов как рентабельного и экологически чистого решения для водоочистки, особенно в регионах с ограниченными ресурсами.
ФЕРРАТЫ, ОЧИСТКА ВОДЫ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, КСЕНОБИОТИКИ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, ЛАБОРАТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР, ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ
1. P. Chaturvedi, P. Shukla, B. S. Giri, P. Chowdhary, R. Chandra, P. Gupta, A. Pandey, Environ. Res. J., 194, Article 110664 (2021). DOI:https://doi.org/10.1016/j.envres. 2020.110664
2. A. K. Nadda, P. Banerjee, S. Sharma, Microbes and Enzymes for Water Treatment and Remediation. CRC Press, Boca Raton FL, 2024. P. 13-44.
3. S. Y. Kireev, V. N. Shtepa, S.N. Kireeva, A.V. Kozyr’, A.B. Shikunets, L.V. Naumov, Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 58, 2, 469-474 (2024). DOI:10.1134 /S004057952401013X
4. V. K. Sharma, R. Doong, H. Kim, R. S. Varma, D. D. Dionysiou, Ferrites and Ferrates: Chemistry and Applications in Sustainable Energy and Environmental Remediation. American Chemical Society, Washington, 2016. P. 161-220. DOI:https://doi.org/10.1021/bk-2016-1238
5. Y. Gong, Y. Wang, N. Lin, R. Wang, M. Wang, X. Zhang, Environ. Pollut., 299, 15, Article 118871 (2022). DOI:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.118871
6. V. K. Sharma, M. Feng, D. D. Dionysiou, H. Zhou, C. Jinadatha, K. Manoli, M. Smith, R. Luque, X. Ma, C. Huang, Environ. Sci. Technol., 56, 1, 30-47 (2021). DOI:https://doi.org/10.1021/acs.est.1c04616
7. A. P. S. Hettiyadura, A. Laskin, J. Mass Spectrom., 57, 2, Article e4804 (2021). DOI:https://doi.org/10.1002/jms.4804
8. С. Ю. Киреев, В. Н. Штепа, С. Н. Киреева, А. В. Козырь, А. Б. Шикунец, Л. В. Наумов, Хим. технол., 25, 2, 67-73 (2024).
9. M. Veciana, J. Brauning, A. Farhat, M. Pype, S. Freguia, G. Carvalho, J. Keller, P. Ledezma, J. Hazard. Mater., 434, 15, Article 128886 (2022). DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.128886
10. L. Wang, S. Lv, X. Wang, B. Liu, Z. Wang, Front. Vet. Sci., 8, Article 773089 (2021). DOI:https://doi.org/10.3389/fvets. 2021. 773089
11. L. Lalthazuala, Lalhmunsiama, C. Vanlalhmingmawia, D. Tiwari, S. S. Choi, S. Lee, Appl. Chem. Eng., 33, 3, 258-271 (2022). DOI:https://doi.org/10.14478/ace.2022.1048
12. N. Mathew, A. Somanathan, A. Tirpude, A. M. Pillai, P. Mondal, T. Arfin, Anal. Methods, 17, 1698-1748 (2025).
13. J. Yu, Sumita, K. Zhang, Q. Zhu, C. Wu, S. Huang, Y. Zhang, S. Yao, W. Pang, Water, 15, 4, Article 699 (2023). DOI:https://doi.org/10.3390/w15040699
14. S. Wang, A. Hadji-Thomas, A. Adekunle, V. Raghavan, Sci. Total Environ., 930, 20, Article 172737 (2024). DOI: /10.1016/j.scitotenv.2024.172737
15. G. Ndzungu, C. Zvinowanda, J. C. Ngila, Appl. Water Sci., 14, 3, Article 47 (2024). DOIhttps://doi.org/10.1007/s13201-023-02076-3
16. Y. Wang, C. Wang, R. Feng, Y. Li, Z. Zhang, S. Guo, Environ. Res., 251, 1, Article 118545 (2024). DOI:https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118545
17. B. N. Jahan, L. Li, K. R. Pagilla, Chemosphere, 266, 10, Article 128964 (2021). DOIhttps://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020. 128964
18. R. Joshi, T. Ratpukdi, K. Knutson, A. Bhatnagar, E. Khan, Crit Rev. Environ. Sci. Technol., 52, 7, 1154-1198 (2022). DOI:https://doi.org/10.1080/10643389.2020.1831357
19. A. Jabłońska‐Trypuć, Water Environ. Res., 95, 9, Article e10920 (2023). DOI:https://doi.org/10.1002/wer.10920
20. R. Sharma, H. Kumar, G. Kumar, S. Sharma, R. Aneja, A. K. Sharma, R. Kumar, P. Kumar, Chem. Eng. J., 468, 15, Article 143706 (2023). DOIhttps://doi.org/10.1016/j.cej.2023. 143706
21. F. Zisti, S. Abdullaev, S. Hydar, S. O. Rab, N. Misra, S. H. J. Ali, A. H. Alawadi, A. Alsalamy, N. Mengelizadeh, D. Balarak, Clean Technol. Environ. Policy, 26, 1-20 (2024). DOIhttps://doi.org/10.1007/s10098-023-02630-8
22. I. Khan, K. Saeed, I. Zekker, B. Zhang, A. H. Hendi, A. Ahmad, S. Ahmad, N. Zada, H. Ahmad, L. A. Shah, T. Shah, I. Khan, Water, 14, 2, Article 242 (2022). DOI:https://doi.org/10.3390/w14020242
23. P. Praipipat, P. Ngamsurach, A. Sanghuayprai, Sci. Rep., 13, 1, Article 1467 (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-023-28647-2
24. P. H. Tsilo, A. K. Basson, Z. G. Ntombela, N. G. Dlamini, R. V. S. R. Pullabhotla, Int. J. Mol. Sci., 24, 19, Article 14731 (2023). DOI:https://doi.org/10.3390/ijms241914731
25. X. Fu, J. Gao, Q. Wang, H. Chen, Y. Liu, L. Zeng, Y. Yuan, H. Xu, J. Hazard. Mater., 470, 15, Article 134254 (2024). DOI:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat. 2024. 134254
26. Y. Liu, Y. Yuan, Y. Wang, H. H. Ngo, J. Wang, Sci. Total Environ., 924, 10, Article 171430 (2024). DOI: 10.1016/ j.scitotenv.2024. 171430
