Качество питьевой воды – один из ключевых факторов здоровья населения. Для его контроля используются различные методы, среди которых важное место занимает определение химического потребления кислорода (ХПК) – показателя, отражающего содержание органических загрязнителей. Традиционные методы анализа, такие как арбитражный метод по Лурье, хоть и надежны, но требуют много времени и ресурсов.
Современные исследования предлагают альтернативу – фотокаталитический метод на основе наночастиц диоксида титана (TiO₂) и дихромата калия (K₂Cr₂O₇). Этот подход не только ускоряет процесс, но и повышает точность измерений.
Как работает фотокаталитическое окисление?
Фотокатализ – это процесс, при котором под действием ультрафиолетового (УФ) света катализатор (в данном случае TiO₂) ускоряет окисление органических веществ. В ходе реакции:
- TiO₂ под УФ-излучением генерирует активные формы кислорода, способные разрушать органические молекулы.
- Дихромат калия (K₂Cr₂O₇) выступает акцептором электронов, восстанавливаясь до Cr³⁺.
- Степень восстановления Cr⁶⁺ до Cr³⁺ прямо пропорциональна количеству окисленной органики, что позволяет точно рассчитать ХПК.
Оптимальные условия для анализа
Исследования показали, что эффективность метода зависит от нескольких факторов:
- Кислотность среды – оптимальный pH достигается при добавлении 5 мл серной кислоты (H₂SO₄).
- Температура – наилучшие результаты получены при 85°C.
- Время реакции – для полного окисления требуется около 60 минут.
- Концентрация дихромата – достаточно 0,0025 моль/дм³ для вод с ХПК ≤ 100 мгO/дм³.
Преимущества перед традиционными методами
- Скорость – метод требует меньше времени по сравнению с классическим подходом.
- Точность – использование фотометрии для измерения Cr³⁺ снижает погрешность.
- Экологичность – TiO₂ безопасен и может использоваться многократно.
- Универсальность – подходит для анализа как легкоокисляемых, так и трудноразлагаемых веществ.
Перспективы внедрения
Фотокаталитический метод уже доказал свою эффективность в лабораторных условиях. Его внедрение в систему санитарного надзора позволит:
- Ускорить мониторинг качества питьевой и сточной воды.
- Повысить точность контроля загрязнений.
- Снизить затраты на проведение анализов.
Фотокаталитический способ определения ХПК – это современная, точная и экономичная альтернатива традиционным методам. Благодаря использованию нано-TiO₂ и оптимизированным условиям реакции, он открывает новые возможности для экологического мониторинга и контроля качества воды.
