Анотація до роботи:

Баштан С.Ю. Електрохімічна очистка води в апаратах з розділювальною керамічною мембраною. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21. – технологія водоочищення. – Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, Київ, 2009.

Вивчено процеси електрохімічної очистки, знезараження і пом’якшення води в апаратах з розділювальною керамічною мембраною. Визначені технологічні параметри цих процесів та енерговитрати на їх проведення. Вивчені корозійна стійкість, електропровідність і транспортні характеристики (дифузійна, осмотична й електроосмотична проникність) керамічних мембран вітчизняного виробництва на основі оксидів алюмінію і цирконію.

Розроблені оригінальні конструкції паралельно-проточних апаратів з мембранно-електродними блоками на основі керамічних мембран і малозношуваних металооксидних анодів. Детально вивчено процеси електрохімічного знезараження морської води плавального басейну та одержання чистого, без домішок хлорату, гіпохлориту натрію. Установка для отримання гіпохлориту натрію пройшла апробацію на НВФ „Ековод”. Вивчено процес електрокаталітичної очистки води від фенолу і гумінових кислот на оксидно-кобальтовому титановому аноді (ОКТА) та титан-діоксидномарганцевому аноді (ТДМА). Встановлено, що в електрооброблених розчинах шкідливі для здоров’я людини речовини відсутні. Кількісно вивчено процес електрохімічного пом’якшення імітатів мінералізованих вод півдня України, шахтної та морської вод.

Розроблені технологічні схеми електрохімічної очистки, знезараження та пом’якшення води з використанням запропонованих конструкцій апаратів.

1. На основі дослідження особливостей протікання процесів електрохімічної обробки води в апаратах з розділювальними керамічними мембранами визначені технологічні параметри і розроблені раціональні режими процесів очистки, знезараження і пом’якшення води, визначені енерговитрати на проведення цих процесів і запропоновані принципи створення нових конструкцій електрохімічних апаратів обробки води з використанням металооксидних анодів та керамічних мембран вітчизняного виробництва.

2. Досліджені транспортні характеристики керамічних мембран вітчизняного виробництва, їх електропровідність і корозійна стійкість. Встановлено, що КМ на основі оксидів алюмінію і цирконію мають високу корозійну стійкість у кислих (0,13-0,2 %), лужних (0,2 %) і окислювальних середовищах (0,02 %), достатньо високу електропровідність (17,3 Омсм) та проникність (дифузійну та осмотичну) на рівні полімерних мембран.

3. Вдосконалено методики одержання малозношуваних металооксидних анодів ОКТА і ТДМА. Визначені їх електрокаталітична активність та корозійна стійкість у хлоридних розчинах. Встановлено, що ТДМА і ОКТА мають задовільну корозійну стійкість, відповідно 0,033 і 0,038 мг/Агод. ОКТА відрізняється більш високою каталітичною активністю. Вихід за струмом гіпохлориту на ОКТА складає 85%, на ТДМА – не більше 40 %.

4. На прикладі фенолу та ГК вивчено процес електрокаталітичної очистки води від токсичних органічних сполук. В ідентифікованих продуктах анодного окислення шкідливих для здоров’я речовин не виявлено. Показано, що процес окислення лімітується дифузією і краще протікає в кислому середовищі, яке перешкоджає утворенню високомолекулярних сполук, що отруюють поверхню аноду. Енерговитрати для зменшення концентрації фенолу від 10 мг/дм³ до норм ГДК (0,001 мг/дм³) складають 27,6 Втгод/дм³. Для зниження концентрації ГК до норм ГДК рекомендовано проводити сорбційну доочистку води, оскільки зі зменшенням вмісту ГК в розчині різко зростають витрати енергії на її окислення.

5. Розроблені та захищені патентами на винаходи оригінальні конструкції паралельно-проточних електрохімічних апаратів з розділювальними КМ для електрохімічної обробки води. З метою зменшення енерговитрат та інтенсифікації процесу вперше запропоновано використовувати в апаратах мембранно-електродні блоки на основі керамічних мембран і металооксидних анодів або катодів.

6. Кількісно вивчено процес електрохімічного пом’якшення імітатів кальцієво-карбонатних вод півдня України, шахтної та морської води. Визначені загальна жорсткість і вміст іонів Ca²⁺ і Mg²⁺ в електрообробленій воді в залежності від концентрації і співвідношення цих іонів у вихідній воді, її гідрокарбонатної лужності та кількості пропущеної електрики. Показано, що для зниження жорсткості кальцієво-карбонатної води від 12 мг-екв/дм³ до норм ГОСТ 2874-82 на питну воду (7 мг-екв/дм³) потрібно витратити в середньому 0,3 Втгод/дм³ електроенергії, а води магнієво-карбонатного класу такої ж концентрації – до 1,0 Втгод/дм³.

7. На основі встановлених закономірностей електромембранних процесів і запропонованих конструкцій апаратів розроблені технологічні схеми електрохімічної очистки, знезараження і пом’якшення води, які включають вузли регенерації та промивки мембран і додатковий вузол сорбційної доочистки при наявності у воді залишкових органічних забруднень.

Публікації автора:

1. Production of sodium hipochlorite in an electrolyser equipped with a ceramic membrane / S.Yu. Bashtan, V.V. Goncharuk, R.D. Chebotaryova, V.N. Belyakov, V.M. Linkov // Desalination. – 1999. – Vol. 126. – Р. 77-82.

Особистий внесок здобувача: проведення пошуку літератури, постановка досліджень та експериментальне вивчення кінетики процесу отримання гіпохлориту натрію, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

2. Гончарук В.В. Влияние природы разделительной мембраны на электрохимический синтез гипохлорита натрия / В.В. Гончарук, С.Ю. Баштан, Р.Д. Чеботарева // Химия и технология воды. – 1999. – Т. 21, № 6. – С. 579-585. Особистий внесок здобувача: експериментальне дослідження параметрів процесу одержання гіпохлориту натрію в мембранному електролізері, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

3. Баштан С.Ю. Электрохимическая деструкция органических веществ в водных растворах / Баштан С.Ю., Гончарук В.В., Чеботарева Р.Д. // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. – 2000. – № 3. – С.28-30.

Особистий внесок здобувача: експериментальне дослідження процесу електрохімічної деструкції органічних речовин в водних розчинах в присутності оксидів перехідних металів, участь в інтерпретації результатів досліджень та написанні статті.

4. Получение гипохлорита натрия в электролизере с керамической мембраной / С.Ю. Баштан, В.В. Гончарук, Р.Д. Чеботарева, В.М. Линков // Электрохимия. – 2001. – Т. 37, № 8. – С. 912-915.

Особистий внесок здобувача: розробка конструкції електрохімічного апарату, постановка експериментальних досліджень, вивчення кінетики процесу отримання гіпохлориту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

5. Баштан С.Ю. Химическая стойкость и электропроводность керамических мембран в водных растворах / С.Ю. Баштан, В.В. Гончарук, Р.Д. Чеботарева // Химия и технология воды. – 2001, – Т. 23, № 1. – С. 54-63.

Особистий внесок здобувача: постановка досліджень, експериментальне вивчення хімічної стійкості та електропровідності керамічних мембран, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

6. Баштан С.Ю. Влияние качества хлорида натрия на параметры процесса электрохимического синтеза гипохлорита натрия / С.Ю. Баштан, В.В. Гончарук, Р.Д. Чеботарева // Химия и технология воды. – 2001. – Т. 23, № 4. – С. 364-370.

Особистий внесок здобувача: постановка експериментальних досліджень та вивчення впливу якості хлориду натрію на параметри процесу отримання гіпохлориту натрію, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

7. Чеботарева Р.Д. Электрокаталитическая деструкция гуминовых кислот в процессах водоподготовки / Р.Д. Чеботарева, С.Ю. Баштан, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. – 2001. – Т. 23, №5. – С. 501-509.

Особистий внесок здобувача: експериментальне вивчення закономірностей протікання процесу електрохімічної деструкції ГК, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

8. Гончарук В.В. Электрохимическое обеззараживание морской воды в плавательном бассейне / В.В. Гончарук, С.Ю. Баштан, Р.Д. Чеботарева // Химия и технология воды. – 2003. – Т. 25, №4. – С. 334-341.

Особистий внесок здобувача: розробка конструкції апарату, вибір та виготовлення малозношуваних анодів, експериментальне дослідження параметрів процесу знезараження морської води, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

9. Умягчение воды в электролизере с керамической мембраной / В.В. Гончарук, Р.Д. Чеботарева, В.А. Багрий, С.Ю. Баштан, С.В. Ремез // Химия и технология воды. – 2005. – Т. 27, №5. – С. 460-470.

Особистий внесок здобувача: вибір та виготовлення малозношуваних анодних матеріалів, проведення експериментів з електрохімічного пом’якшення води, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.

10. Пат. України №33390А; МПК⁶ С 25 В 1/02. Спосіб одержання мембранно-електродного блоку для електрохімічних процесів / Гончарук В.В., Баштан С.Ю., Чеботарева Р.Д.; заявник та власник Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського Національної академії наук України. – №99020915; заявл. 17.02.99; опубл. 15.02.2001, Бюл. №1.

Особистий внесок здобувача: проведення патентного пошуку, розробка методики одержання мембранно-електродного блоку, участь у написанні патенту на винахід.

11. Пат. України №49535А; МПК⁶ С 02 F 1/02. Пристрій для електрохімічної обробки води / Гончарук В.В., Баштан С.Ю. , Чеботарева Р.Д.; заявник та власник Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського Національної академії наук України. – №2001128911; заявл. 21.12.2001; опубл. 16.09.2002. Бюл, №9.

Особистий внесок здобувача: проведення патентного пошуку, розробка конструкції пристрою, участь у написанні патенту на винахід.

12. Bashtan S.Yu. Application of ceramic membrane for electrochemical water treatment / S.Yu. Bashtan, V.V. Goncharuk, R.D. Chebotareva // “CERECO’2000”: the 3rd International Conference on Carpathian Euroregion Ecology, 21-24 May. 2000: Proceedings. – Hungary, Miskolc-Lillafured, 2000. – P. 155-159.

Особистий внесок здобувача: постановка експериментальних досліджень, проведення експериментів з електрохімічної обробки водних розчинів, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез, участь у конференції.

13. Bashtan S.Yu. The electrooxidation of phenol derivatives and humic acid on the surface of alternating valence metal oxides / S.Yu. Bashtan, V.V. Goncharuk, R.D. Chebotareva, D. Morze // The 5^th Ukrainian-Polish Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications: 4-9 September, 2000: Abstr. – Odessa, SCSEIO, 2000. – P. 8. Особистий внесок здобувача: постановка експериментальних досліджень, вивчення впливу природи оксиду металу на процес електрохімічного окислення органічних речовин, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.

14. Баштан С.Ю. Исследование физико-химических свойств керамических мембран / С.Ю. Баштан, В.В. Гончарук, Р.Д. Чеботарева // Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий: междунар. конф., 18-22 сент. 2000 г.: тезисы докл. – пос. Кацивели, Автономная Республика Крым, 2000. – С. 325.

Особистий внесок здобувача: постановка експериментальних досліджень, вивчення хімічної стійкості та електропровідності керамічних мембран, участь в інтерпретації результатів та написанні тез, участь у конференції.

15. Баштан С.Ю. Изучение кинетики и механизма электрохимического окисления фенола в водных растворах / С.Ю. Баштан, В.В. Гончарук, Р.Д. Чеботарева // Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности: междунар. конф., и выставка, 4-8 июня 2001 г.: тезисы докл. – Москва, 2001. – С. 152.

Особистий внесок здобувача: експериментальне дослідження процесу електрохімічної деструкції органічних речовин в водних розчинах в присутності оксидів перехідних металів, участь у інтерпретації результатів досліджень та написанні тез, участь у конференції.

16. Баштан С.Ю. Використання малозношуваних анодних матеріалів в процесах електрохімічної обробки води / С.Ю. Баштан, В.І. Будько // Охорона водного басейну та контроль якості води: наук. конф. молодих учених, 22-23 квітня 2004 р.: тези доп. – К.: НАН України, ІКХХВ НАН України, 2004. – С. 3-4.

17. Будько В.І. Дослідження електрокаталітичної активності малозношуваних анодних матеріалів в процесах електрохімічної обробки води / В.І. Будько, В.А. Багрій, С.Ю. Баштан // Екологія. Людина. Суспільство: VII міжнар. наук.-практ. конф. студ., аспірантів та молодих вчених, 13-15 травня 2004 р.: тези доп.– К.: НТУУ КПІ, С. 92.

Особистий внесок здобувача в [16,17]: постановка експериментальних досліджень, розробка малозношуваних анодних матеріалів та проведення експериментів з дослідження їх електрокаталітичної активності, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.

18. Bashtan S. Disinfection of the swimming pool with seawater by electrochemical method / S. Bashtan, V. Goncharuk, R. Chebotareva, V. Bagrii // The 3-d Intern. Conf. Ecological Chemistry 2005: May 20-21, 2005: аbstr. – Republic of Moldova, Chisinau, 2005. – P. 486-487.

Особистий внесок здобувача: постановка експериментальних досліджень, проведення експериментів з електрохімічної обробки імітатів морської води, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.