Кинетическая модель УФ/Н202 деградации органических молекул в растворах

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УФ/Н2О2  
ДЕГРАДАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ  
В РАСТВОРАХ 
 
 
Учебно методическое пособие по курсу «Физика атомов и молекул для 
студентов физического факультета направления подготовки 03.04.02 
«Физика» по программам «Фундаментальная и прикладная физика» и 
«Биофотоника» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
2018 
 

РАССМОТРЕНО И УТВЕРЖДЕНО методической комиссией физического факультета. 
Протокол № 1-2-2018 от «22» февраля 2018 г. 
Председатель МК ФФ Н.Г. Дмитриева 
 
 
 
Пособие составлено в соответствии с тематикой лабораторных занятий и программой курсов: «Межмолекулярные взаимодействия», 
«Физико-химические методы анализа» и «Физические поля и их действие на биосистемы» для студентов физического факультета направления подготовки 03.04.02 «Физика» по программам «Фундаментальная и прикладная физика» и «Биофотоника». Особое внимание уделено исследованию деградации органических молекул под действием 
ультафиолетового излучения и окислителя.  
Подготовлено при финансовой поддержке грантов Минобрнауки 
России (госзадание №4.6027.2017/8.9). 
Для преподавателей, аспирантов, магистрантов и слушателей 
ФПК. 
 
 
СОСТАВИТЕЛИ: О.Н. Чайковская, В.С. Краюхина 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© Томский государственный университет, 2018 
 

Тема: Кинетическая модель УФ/Н2О2 деградации органических молекул в водных растворах. 
Цель работы: Изучение основ фотодеградации органических молекул 
в растворах под действием ультрафиолетового излучения в присутствии 
окислителя 
Задание: 
1. 
Изучить теорию электронной спектроскопии. 
2. 
Познакомиться с принципом действия прибора СМ2203. 
3. 
Составить уравнения кинетической модели фотораспада органической молекулы в водных растворах. 
4. 
Получить графики зависимости конверсии от времени облучения 
и концентрации перекиси водорода в водно-этанольных растворах. 
 
В результате выполнения лабораторной работы студент должен: 
 
Знать: 
 
физические явления, лежащие в основе метода исследования состава, структуры и свойств вещества; 
 
принцип работы и конструкцию устройств и прибора, используемого в данном методе исследования; 
 
практические возможности метода. 
Уметь: 
 
проводить необходимые эксперименты; 
 
получать результаты, их обрабатывать и анализировать в рамках 
используемого метода; 
 
дать оценку использования полученных результатов в практических целях. 
 
 

Введение 
 
По оценкам, к 2050 г. численность населения Земли достигнет 
10 миллиардов человек. Для организации их жизнеобеспечения потребуются необходимые объемы питьевой воды, а также соответствующий 
уровень промышленного и сельскохозяйственного производства, достижение которого будет невозможным в свою очередь без водообеспечения. При этом решение данных проблем только за счет природных источников воды вряд ли будет реальным. В этой связи, безусловно, в будущем окажется безальтернативной практика очистки бытовых и промышленных сточных вод с организацией их повторного использования, 
например, медицинские и социальные учреждения. Необходимо также 
учитывать, что рост масштабов производства, мероприятия по повышению продолжительности и качества жизни с неизбежностью приведут к 
увеличению загрязнения природных и сточных вод разнообразными химическими загрязняющими веществами. 
Вместе с тем результаты мониторинга, проводившегося на протяжении нескольких лет Геологической службой США в г. Атланта, засвидетельствовали увеличение загрязнения питьевой воды галогенированными 
углеводородами, ароматическими соединениями, пентахлорфенолом, 
пестицидами, гербицидами и лекарственными препаратами практически 
в той же мере, в какой возросло загрязнение этими веществами природных вод в данном регионе. Это свидетельствует о том, что традиционная 
схема водоподготовки (коагуляция – отстаивание – фильтрация – обеззараживание) уже сейчас не обеспечивает надлежащего уровня удаления 
загрязняющих веществ. Аналогичная ситуация характерна и для очистки 
сточных вод. Достаточно упомянуть такую отрасль как текстильная промышленность, где образуются наибольшие их объемы. Как правило, схемы, основанные на биодеградации, не обеспечивают здесь степень удаления всех видов красителей, необходимую для организации повторного 
использования сточных вод. Считается, что справиться с обрисованными 
вызовами окажется возможным только в результате широкомасштабного 
применения инновационных технологических схем, а именно так называемых новых окислительных технологий (англ. Advanced оxidation рrocess, 
сокращенно AOP), к которым относят гомогенные и гетергенные фотокаталитические процессы, озонирование, варианты процесса Фентона, ультразвуковая обработка, мокрое окисление, электрохимические процессы, 
окисление в суперкритической воде, плазменные процессы, ферратную и 

персульфатную технологии, использование ионизирующего излучения и 
микроволновой обработки. 
Эта тема является одной из наиболее широко представленных в зарубежной периодической научно-технической литературе. Так уже в период 2005–2017 гг. в соответствии с Указателем библиографических ссылок 
в научной литературе (Science Citation Index) свыше 6500 работ было посвящено таким процесссам как фотокатализ, озонирование, процесс Фентона, мокрые окислительные процессы и ультразвуковая обработка. При 
этом в 25% публикаций рассматривались фотокаталитические процессы. 
Разработанные в последние 10–15 лет процессы ULTROX, WEDECO, 
UVOX, ECOCLEAR, BioQuint и ряд других процессов прочно вошли в 
промышленную практику. 
Взаимодействие между оптическим излучением и веществом приводит к превращению энергии излучения в энергию, отличающуюся по 
спектральному распределению, или другую форму энергии. Общий физический принцип разложения органических молекул в воде под УФизлучением заключается в том, что после поглощения кванта света молекула переходит в возбужденное состояние. Одним из основных каналов 
перераспределения энергии возбуждения является переход молекулы в 
фотодиссоциативное состояние, эффективное заселение которого приводит к фотореакции разрыва химической связи. При поглощении света в 
молекулах происходит изменение физических и химических свойств по 
сравнению с основным состоянием. Для повышения эффективности фотолиза устойчивых соединений требуются знание зависимостей эффективности фоторазложения токсикантов от параметров возбуждающего 
излучения и изучение каналов деградации энергии возбуждения.