Обоснование выбора материалов и технологий для реактора электрохимического синтеза феррата натрия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шарафутдинова Гузель Расимовна

• Шарафутдинова Гузель Расимовна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Шарафутдинова Гузель Расимовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО СОСТОЯНИЮ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Общая характеристика ферратов как функциональных материалов

1.2 Сферы применения ферратов

1.3 Современные методы получения феррата натрия

1.4 Электрохимический синтез феррата(УГ): схема процесса и ключевые параметры

1.5 Способы и устройства получения ферратов электрохимическим методом

1.6 Преимущества производства феррата натрия на месте применения

1.7 Технологические ограничения и нерешённые проблемы электрохимического синтеза ферратов

1.8 Выводы по главе

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методология проведения исследований

2.2 Устройство реактора для электрохимического синтеза феррата натрия

2.2.1 Корпус реактора и датчика концентрации феррата натрия

2.2.2 Материал анода

2.2.3 Материал катода

2.2.4 Электролит

2.2.5 Ионообменная мембрана

2.2.6 Датчик концентрации феррата натрия

2.3 Расчёт параметров электрохимического синтеза феррата натрия

2.4 Методы физико-химического анализа

2.4.1 Методы анализа анодов

2.4.2 Методы анализа сточных вод

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РЕАКТОРА

3.1. Обоснование конструктивных решений реактора

3.1.1 Лабораторный проточный электрохимический реактор

3.1.2 Первое конструктивное решение реактора промышленного типа

3.1.3 Второе конструктивное решение реактора промышленного типа

3.1.4 Третье конструктивное решение реактора промышленного типа

3.2 Материал катода

3.3 Материал анода

3.4 Состав электролита

3.5 Плотность тока

3.6 Рециркуляция анолита

3.7 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ СОСТАВА АНОДА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРАТА НАТРИЯ

4.1 Роль анода в электрохимическом синтезе феррата натрия

4.2 Обоснование выбора материалов для анодов

4.3 Методика изготовления и характеристики анодов различного состава

4.4 Проведение электролиза с анодами различного состава

4.5 Механизмы влияния легирующих элементов на анодный процесс

4.6 Влияние структуры мембраны на стабильность процесса электролиза

4.7 Выводы по главе

ГЛАВА 5 ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРРАТА НАТРИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ

5.1 Общая характеристика очистных сооружений Южно-Приобского месторождения

5.2 Методология исследования и выбор параметров синтеза

5.3 Подбор дозы феррата натрия на очистных сооружениях №

5.4 Комплексная очистка сточных вод на очистных сооружениях №

5.5 Результаты анализа очищенных сточных вод

5.6 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении результатов исследования

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование выбора материалов и технологий для реактора электрохимического синтеза феррата натрия»

Актуальность темы исследования

Одним из приоритетных направлений прикладной науки является разработка компактных и энергоэффективных электрохимических систем, предназначенных для синтеза функциональных материалов непосредственно на месте их последующего применения. К числу функциональных материалов, получаемых в подобных системах, относится феррат натрия №2Бе04 - соль железной кислоты с железом в степени окисления +6, являющаяся одновременно сильнейшим окислителем, коагулянтом и дезинфектантом, не вызывающим образования побочных токсичных продуктов окисления.

В большинстве исследований для повышения концентрации и выхода феррата натрия применяются высококонцентрированные растворы №ОН (40 60 %), что приводит к росту энергозатрат и требований к безопасности производств. Использование менее концентрированного электролита (20 % №ОН) снижает энергопотребление процесса, однако концентрация феррата натрия и его выход при длительном электролизе существенно уменьшаются вследствие пассивации анодов за счет образования плотной оксидной плёнки, препятствующей переносу ионов железа. Поэтому при использовании 20% №ОН в качестве электролита в разрабатываемом электрохимическом реакторе актуален вопрос обеспечения стабильной высокой концентрации феррата натрия на протяжении всего срока службы электродов. Это может быть обеспечено рациональным выбором конструктивного решения реактора, материала растворимого анода и технологических параметров синтеза феррата. Для определения концентрации феррата натрия в режиме реального времени в процессе длительных испытаний необходима система контроля концентрации с использованием фотометрического дат-чика.

Кроме того, пропорционально повышению концентрации феррата в растворе снижается расход раствора и защелачивание обрабатываемой воды, растет эффективность очисти стоков от химических и биологических загрязнений.

Таким образом, для повышения эффективности синтеза феррата натрия и его применения в процессах водоочистки необходимо разработать принципы выбора материалов, конструктивных решений реактора и проточного датчика контроля концентрации, а также рациональных параметров процесса электролиза.

Степень разработанности темы исследования

Электрохимический синтез феррата натрия привлекает внимание исследователей благодаря уникальным свойствам ферратов (VI) и их широкому применению в очистке воды, дезинфекции и безопасной обработке сточных вод. Разработаны и описаны различные подходы к синтезу феррата натрия, включая электрохимические методы.

Исследованиями в области электрохимического синтеза ферратов щелочных металлов, включая феррат натрия, занимались такие российские учёные, как Андреев С.Ю., Аракчеев Е.Н., Астахов П.С., Брунман В.Е., Брунман М.В., Гарькина И.А., Дьяченко В.А., Князев А.А., Кручинина Н.Е., Кузин Е.Н., Рожков В.С., Яхкинд М.И., а также зарубежные исследователи - Jiang J.-Q., Sharma V.K., Shao H., Zhang J., Cao C. и другие научные коллективы.

Несмотря на достигнутые научные результаты, технология электрохимического синтеза феррата натрия пока не получила широкого промышленного внедрения из-за нерешённых задач: обеспечения стабильности продукта, выбора конструкционных материалов для высокого выхода при низких энергозатратах и контроля концентрации в реальном времени. В большинстве зарубежных исследований используются высокие концентрации гидроксида натрия (40-60%), повышающие энергозатраты на производство феррата и его стоимость. Встречаются отдельные сведения о том, что наличие кремния в составе электрода оказывает положительное влияние на процесс синтеза феррата. Однако отсутствуют систематические исследования влияния содержания кремния на структуру и свойства растворимых стальных анодов, концентрацию феррата в растворе и производительность процесса электролиза.

Для преодоления указанных ограничений необходимо проведение экспериментальных и расчетных исследований, направленных на изучение

влияния конструктивных параметров реактора синтеза феррата, выбор материалов корпуса и растворимых анодов на величину концентрации феррата натрия и ее стабильность при длительном электролизе. Отдельной составляющей синтеза является интеграция проточного датчика концентрации феррата, обеспечивающего контроль стабильности концентрации в режиме реального времени.

Объект исследования - технологический процесс электрохимического синтеза феррата натрия.

Предмет исследования - конструктивные решения и материалы реактора электрохимического синтеза феррата натрия.

Целью работы является обоснование выбора материалов, конструктивных решений и технологий изготовления реактора для повышения концентрации феррата натрия и обеспечения её стабильности при длительных испытаниях.

Идея работы состоит в применении реактора с корпусом из армированного стекловолокном полипропилена (PPGF, FDM ЭЭ-печать), обеспечивающего контролируемую рециркуляцию анолита с онлайн-контролем содержания феррата натрия, и сменных растворимых анодов из ферритных сталей с содержанием кремния от 4 до 7,5% с целью получения стабильной заданной концентрации Na2FeO4 при длительном синтезе.

Задачи исследования

Поставленная в диссертационной работе цель достигается посредством решения нижеуказанных задач:

1. Проведение сравнительного анализа существующих методов синтеза феррата натрия и выявление конструктивных и технологических параметров, влияющих на концентрацию Na2FeO4 и ее стабильность в процессе электролиза.

2. Выбор материалов, конструктивного решения и технологий изготовления реактора электрохимического синтеза феррата натрия и проточного фотометрического датчика для определения концентрации Na2FeO4 в режиме реального времени.

3. Обоснование состава электролита, а также режима его рециркуляции для повышения концентрации феррата натрия, поддержания ее стабильности в процессе синтеза и снижения энергозатрат.

4. Анализ влияния химического состава и структуры анодов на концентрацию феррата натрия в растворе, производительность и стабильность процесса электролиза (анодного растворения).

5. Оценка эффективности применения разработанного реактора и раствора феррата натрия для очистки сточных вод нефтедобывающей отрасли.

Научная новизна работы:

1. Разработаны принципы выбора материалов, конструктивных решений реактора и параметров процесса электролиза, обеспечивающие повышение концентрации феррата натрия и ее стабильность при длительном электролизе за счет увеличения содержания кремния в растворимых анодах, регулирования скорости подачи католита и рециркуляции анолита с онлайн-мониторингом содержания Na2FeO4 в растворе.

2. Установлена прямая зависимость между увеличением содержания кремния в материале растворимого анода с 4 % до 7,5 % и ростом концентрации феррата натрия в растворе в 1,5-3 раза, а также обеспечением ее стабильности при длительном электролизе.

Соответствие паспорту специальности

Полученные научные результаты соответствуют паспорту специальности 2.6.17. Материаловедение по пунктам: п. 3. Разработка научных основ выбора металлических, неметаллических, гетерогенных и композиционных материалов с заданными свойствами применительно к конкретным условиям изготовления и эксплуатации деталей, изделий, машин и конструкций, п. 4. Разработка физико-химических и физико-механических процессов формирования новых металлических, неметаллических и композиционных материалов, обладающих уникальными функциональными, физико-механическими, биомедицинскими, эксплуатационными и технологическими свойствами, оптимальной себестоимостью и экологической чистотой.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Обоснован выбор армированного стекловолокном полипропилена в качестве материала корпуса реактора и проточного фотометрического датчика феррата натрия и режимов SD-печати для реализации выбранных конструктивных решений, обеспечивающих химическую стойкость при длительной эксплуатации.

2. Изготовлены растворимые аноды из горячекатанной кремнистой ферритной стали с содержанием кремния от 5,5 до 7,5 %, применение которых по сравнению со сталью марки 1512 позволило в 1,5-3 раза повысить концентрацию феррата натрия в растворе и обеспечить её стабильность в процессе длительного электролиза.

3. Разработан алгоритм выбора технологических параметров электролиза (плотность тока, скорость подачи католита и рециркуляции анолита) для достижения заданной концентрации феррата натрия, реализованный в виде программы для ЭВМ «Программа определения производительности ячейки для электрохимического получения феррата натрия в проточном режиме». (Приложение А)

4. Получены результаты очистки сточных вод комплексов очистных сооружений нефтяных скважин Южно-Приобского месторождения до требований ПДК, показавшие высокую эффективность применения раствора феррата натрия, синтезированного с использованием предложенного конструктивного решения реактора, в нефтедобывающей отрасли.

5. Материалы диссертации приняты к внедрению в ООО «Доброхим» (акт от 17.06.2025, утвержден техническим директором Брунманом В.Е.), ООО ЗХО «Заря» (акт от 19.06.2025, утвержден директором Аракчеевым Е.Н.) и ООО «КБ Кравцова» (акт от 20.06.2025, утвержден генеральным конструктором Кравцовым А.П.). Рекомендации по составу анодов, конструкции реактора и контролю концентрации признаны применимыми для электрохимического синтеза феррата натрия и его использования в установках очистки сточных вод нефтедобычи. (Приложение Б)

Методология и методы исследования. Проведение исследований основывалось на системном подходе, при котором реактор синтеза феррата рассматривался как совокупность взаимосвязанных конструктивных, материаловедческих и технологических решений. В работе использовалось математическое моделирование и экспериментальные исследования с применением проточных электрохимических реакторов. Проточный синтез феррата натрия проводился в мембранном электрохимическом реакторе с использованием 20%-ного раствора NaOH в качестве электролита. Выбранная концентрация обеспечивала низкое электрическое сопротивление, позволяла существенно сократить энергозатраты и снизить себестоимость продукта по сравнению с более концентрированными растворами. Катоды были выполнены из коррозионностойкой стали 08Х18Н9Т, устойчивой к щелочной среде и феррату натрия (окислителю). Выбранные ионообменные мембраны Nafion-324 и Flemion-811 обладали высокой стойкостью в щелочной среде и обеспечивали селективный перенос катионов Na+ без переноса феррат-ионов FeO42-. Корпус реактора и проточного фотометрического датчика концентрации феррата был изготовлен методом 3D-печати из полипропилена, армированного коротким стекловолокном (нить Nova PPGF), что повысило его прочность и уменьшило усадку и коробление корпуса. Печать выполнялась на 3D-принтере Sapphire S при температуре сопла 270 °C и стола 95 °C, с толщиной слоя 0,2 мм и диаметром сопла 0,8 мм.

В качестве материала растворимого анода, определяющего производительность и энергоэффективность синтеза, использовалась горячекатаная ферритная сталь 1512 и образцы с содержанием кремния 5,5-7,5 %. Химический состав анодов определяли методом СЭМ-ЭДС на микроскопе Zeiss Supra 40VP. Для уточнения состава применяли атомно-эмиссионную спектроскопию на спектрометре Искролайн-100. Фазовый состав анализировали методом РСА на рентгеновском дифрактометре Bruker D8 Advance, а морфологию силицидов на инвертированном оптическом микроскопе IM7200 Meiji Techno с анализатором изображений Thixomet.

Лабораторные исследования образцов сточной воды с комплексов очистных сооружений (КОС) до и после обработки раствором феррата натрия были проведены в аккредитованной испытательной лаборатории г. Ханты-Мансийска.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Реализованные конструктивные решения реактора с корпусом из армированного стекловолокном полипропилена, изготовленного методом 3D-печати, и стальные растворимые аноды из ферритной стали марки 1512 обеспечивают стабильность процесса синтеза феррата натрия с заданной концентрацией за счет регулирования скорости подачи католита и рециркуляции анолита.

2. Повышение концентрации феррата натрия в растворе в 1,5-3 раза и обеспечение ее стабильности при длительных испытаниях достигаются за счет увеличения содержания кремния в растворимых анодах с 4 % до 7,5 %.

Степень достоверности результатов исследования обусловлена использованием воспроизводимых экспериментальных методик, сертифицированного измерительного оборудования, а также сопоставлением полученных данных с результатами, представленными в современной научной литературе.

Апробация результатов. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих семинарах и конференциях: Международная конференция «Инженерные системы - 2023» (г. Москва, 2023 г.); XVI Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2023 г.); XX Всероссийская конференция-конкурс студентов выпускного курса и аспирантов «Актуальные проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2024 г.); Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием «Функциональные материалы: Синтез. Свойства. Применение» YOUNG ISC 2024 (г. Санкт-Петербург, 2024 г.).

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач диссертационного исследования, выборе применяемых материалов и параметров процесса электролиза феррата, конструктивных решений, технологии

изготовления реактора, а также в проведении экспериментов и оценке эффективности применяемых материалов.

Публикации. Результаты диссертационного исследования в достаточной степени освещены в 8 печатных работах (пункты списка литературы № 19-22, 33, 80-82), в том числе в 2 статьях - в изданиях из перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (далее - Перечень ВАК), в 3 статьях - в изданиях, входящих в международные базы данных и системы цитирования Scopus. Получено 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, 5 глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы, включающего 108 наименований, и 2 приложений. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 4 таблицы.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО СОСТОЯНИЮ ВОПРОСА И

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Общая характеристика ферратов как функциональных материалов

Ферраты - это соли шестивалентного железа. Феррат является термодинамический неустойчивым соединением, так как железо со степенью окисления + 6 обладает склонностью к восстановлению до более стабильных форм со степенью окисления + 3 и + 2. При стандартных условиях ферраты самопроизвольно разлагаются с выделением кислорода и образованием гидроксидов железа (III). Это подтверждается высоким окислительно-восстановительным потенциалом феррат-ионов, что указывает на стремление системы к термодинамически более выгодному состоянию.

В щелочной среде ферраты находятся в виде устойчивого аниона ГвО2~. В щелочной среде феррат-ион стабилизируется за счёт сдвига равновесия гидролиза в сторону исходных форм, согласно принципу Ле Шателье. Присутствие избытка ОН тормозит реакции распада и препятствует образованию промежуточных оксигидроксидов железа. Напротив, при снижении рН анион ЕвО2~ теряет устойчивость и подвергается разложению. В нейтральной и слабощелочной среде протекает самопроизвольная реакция распада с образованием нерастворимого гидроксида железа (III) и выделением кислорода (1.1):

4ЕвО42" + ЮН2О — 4Ев(ОН)3 ^ +3О2 Т +8ОН" (1.1)

В то же время в кислой среде феррат-ион восстанавливается до Fe3+ в реакции с участием протонов и электронов, что отражено в полуреакции (1.2):

4ЕвО42" + 8Н + + 3в" — Ев3 + 4Н2О (1.2)

В обоих случаях - как при нейтральной, так и при кислой реакции среды -феррат-ион теряет устойчивость, что приводит к полной утрате его окислительной активности. Скорость распада резко возрастает при рН < 9 [70], что накладывает ограничения на хранение и применение ферратов, требуя их использования непосредственно после получения или в составе стабилизированных щелочных формул.

Ион железа в степени окисления + 6 имеет конфигурацию [Ar]3d2, то есть содержит два электрона на d-орбиталях. Такая конфигурация характерна для высокоокисленных соединений переходных металлов. В ионе феррата Ев01~

железо окружено четырьмя атомами кислорода, образующими тетраэдрическую конфигурацию. В рамках теории кристаллического поля это соответствует так называемому d2-состоянию в тетраэдрическом поле. При этом два d-электрона размещаются на орбиталях с относительно высокой энергией, что делает феррат-ион электронодефицитным и склонным к принятию дополнительных электронов. Такая электронная структура объясняет его высокую окислительную способность, особенно в реакциях, где происходит передача одного или двух электронов. Кроме того, продукты восстановления ферратов - соединения железа (III) экологически безопасны, не образуют стойких токсичных побочных веществ.

Благодаря высокому стандартному потенциалу восстановления (+2,2 В в кислой среде) феррат превосходит по окислительной способности такие широко применяемые реагенты, как озон (+2,07 В), диоксид хлора (+1,57 В), перманганат калия (+1,51 В) и хлор (+1,36 В). В щелочной среде, где стандартный потенциал феррата снижается до +0,72 В, он сохраняет высокую окислительную способность и эффективно разрушает широкий спектр загрязнителей. Совмещение окислительного действия с коагулирующим эффектом делает феррат одним из наиболее эффективных реагентов, применяемых в водоочистке и санитарной обработке. [37, 75, 96]

1.2 Сферы применения ферратов

Ферраты (VI) демонстрируют высокую эффективность в удалении широкого спектра загрязняющих веществ, что делает их особенно перспективными для применения в сложных технологических отраслях, таких как нефтегазовая промышленность, обогащение и переработка руд, металлургия и химическое производство. Благодаря способности одновременно окислять, дезинфицировать и коагулировать, ферраты позволяют решать многокомпонентные задачи очистки воды и сточных потоков. [52, 56, 85]

Сточные воды, образующиеся в результате деятельности предприятий горнодобывающей, металлургической и химической промышленности, отличаются сложным составом и высокой токсичностью. Они содержат тяжёлые металлы, такие как ртуть (Н^), хром (Сг), кадмий (Cd), свинец (РЬ), мышьяк (As), никель (М), медь (Си) и цинк ^п), а также мелкодисперсные взвеси, органические реагенты и остатки технологических добавок. [44, 61, 87]

Такие загрязнения обусловлены как составом перерабатываемых минералов, так и применяемыми методами обогащения, включающими использование флокулянтов, коллекторов, ПАВ и других реагентов [54, 76, 106]. Загрязнение водных ресурсов подобными компонентами представляет серьёзную экологическую угрозу, поскольку тяжёлые металлы склонны к биоаккумуляции и трудно поддаются биологической переработке [64, 65].

Ферраты (VI), обладающие одновременно сильными окислительными и коагулирующими свойствами, показали высокую эффективность при удалении тяжёлых металлов, органических соединений и взвешенных частиц из сточных вод. Такой высокий уровень очистки делает ферраты перспективными реагентами для применения в различных отраслях промышленности, особенно в условиях сложного и многокомпонентного загрязнения. [51, 67]

Применение ферратов в очистке сточных вод изучалось в ряде российских и зарубежных работ. Ниже приведены отдельные примеры, демонстрирующие эффективность реагента в реальных условиях.

В рамках научно-исследовательской деятельности специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) провели апробацию применения феррата натрия (Ыа2Рв04) для очистки сточных вод, накопленных на полигоне токсичных промышленных отходов «Красный Бор» [2, 13]. Целью работы было оценить эффективность феррата натрия в удалении различных загрязняющих веществ из сточных вод в условиях реального объекта. Сточные воды, образовавшиеся на полигоне, содержали широкий спектр загрязняющих веществ, включая тяжёлые металлы (кадмий, свинец), нефтепродукты и их производные, азот-, фосфор- и серосодержащие соединения,

цианиды, аммиак, а также другие токсичные компоненты. Присутствие этих загрязнителей обусловлено длительным накоплением и хранением промышленных отходов на территории полигона.

Применение феррата натрия включало одновременное окисление и коагуляцию загрязнителей. После обработки наблюдалось значительное снижение концентраций тяжёлых металлов, включая кадмий (в 2000 раз) и свинец (в 100 раз), до уровней, соответствующих нормативным требованиям. Кроме того, феррат натрия эффективно удалял органические загрязнители, такие как нефтепродукты, а также азот-, фосфор- и серосодержащие соединения, цианиды и аммиак. Эти результаты подтверждают высокую эффективность феррата натрия в удалении широкого спектра загрязняющих веществ из сточных вод.

В 2013 году в г. Ревда на Среднеуральском медеплавильном заводе была проведена апробация реагента-окислителя, содержащего ферраты щелочных металлов, для очистки сточных вод, загрязнённых тяжёлыми металлами и мышьяком. Пробы сточных вод предприятия содержали около 10 мг/л мышьяка (III). При добавлении реагента происходило окисление метаарсенита до ортоарсената с последующим осаждением в виде малорастворимого гидроксида железа (III) и арсената железа. В результате очистки концентрация мышьяка была снижена до нормативных значений, эффективность удаления составила 100 %. Высокая эффективность объясняется как сильными окислительными свойствами ферратов, так и сорбционными свойствами гидроксида железа (III), образующегося в растворе. [14]

В 2019 году в США было опубликовано исследование [57] по применению феррата натрия для обработки сточных вод, образующихся после гидроразрыва пласта. Целью работы было оценить эффективность феррата в демульсификации, снижении вязкости и удалении органических загрязнителей, включая остатки полимеров и нефтепродуктов. Объекты исследования представляли собой типичные сточные воды нефтедобывающей промышленности, содержащие остатки гидрофобных эмульсий, поверхностно-активных веществ и стабилизаторов.

В ходе эксперимента феррат натрия вводился при концентрации 5 мг/л, при температуре 40 °C и значении pH, доведённом до 10. Обработка проводилась в течение 30 минут. После взаимодействия с реагентом наблюдалось разрушение эмульсионной структуры, снижение вязкости воды и интенсивное окисление органических компонентов, приводящее к заметному снижению химического потребления кислорода (ХПК). Также за счёт образования гидроксида железа происходила коагуляция и последующее удаление осевших загрязнений.

Исследователи из Университета Йоханнесбурга и Южноафриканской водной комиссии (WRC) провели комплексное исследование по применению Na2FeO4 для обработки кислых шахтных вод в районе Претории, ЮАР [77]. Целью работы было оценить эффективность феррата натрия в удалении тяжёлых металлов и нейтрализации кислотности в реальных условиях. Образцы сточных вод были собраны с трёх различных участков: RTW1, RTW2 и RTW3. Исходный pH варьировался от 2,50 до 3,13, что указывает на высокую кислотность. Общее содержание растворённых веществ (TDS) составляло от 960 до 1000 мг/л, а электропроводность - от 226 до 263 мкСм/см. Концентрации тяжёлых металлов, таких как железо, марганец, алюминий, кадмий, кобальт, хром, медь, никель, свинец и цинк, значительно превышали предельно допустимые значения, установленные Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и Южноафриканскими национальными стандартами.

При добавлении Na2FeO4 к образцам сточных вод наблюдалось одновременное окисление и коагуляция загрязнителей. После обработки pH воды повышался до значений > 9,5, что способствовало осаждению металлов в виде гидроксидов. Концентрации большинства тяжёлых металлов снижались до уровней, соответствующих требованиям для питьевой воды и орошения.

Лабораторное исследование, проведённое специалистами из Университета Сунь Ятсена (КНР), было посвящено применению феррата (VI) в качестве предварительного реагента для удаления тяжёлых металлов из поверхностных вод, загрязнённых в результате металлургической деятельности [66]. Целью работы было оценить влияние ферратной обработки на эффективность

последующей коагуляции сульфатом алюминия при удалении ионов свинца и кадмия. Вода, использованная в эксперименте, моделировала естественные условия, типичные для сточных вод, содержащих остаточные количества тяжёлых металлов.

Обработка ферратом в дозировке от 1 до 5 мг/л обеспечивала значительное повышение эффективности коагуляции: удаление свинца увеличивалось на 21 -37 %, а удаление кадмия превосходило значения, достигаемые при коагуляции только квасцами, в 2-12 раз. Отмечено, что кадмий удаляется существенно труднее, чем свинец, при применении одних лишь традиционных коагулянтов. При этом эффективность ферратной обработки оказалась выше, чем у хлорида железа, использующегося в аналогичных условиях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шарафутдинова Гузель Расимовна, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аракчеев, Е.Н. Комплексное оборудование и технологические процессы промышленного производства анолита и феррата: Автореф... дис. канд. техн. наук. - Санкт-Петербург: СПбПУ, 2017. - 20 с.

2. Аракчеев, Е.Н. Экспериментальное обоснование целесообразности обеззараживания и очистки воды и стоков ферратом натрия / Е.Н. Аракчеев, В.Е. Брунман, М.В. Брунман, А.В. Коняшин, В.А. Дьяченко, А.П. Петкова, Р.Э. Некрасов // Гигиена и санитария. - 2017. - № 3. - С. 216-222.

3. Белов, Б.Ф. Классификация и оптимизация сплавов ферросилиция / Б.Ф. Белов, А.И. Троцан, И.Л. Бродецкий, П.П. Харлашин, И.В. Паренчук // Новi матерiали i технологи в металургп та машинобудуванш. - 2009. - № 2. - С. 129133.

4. Брунман, В.Е. Применение феррата натрия в водоподготовке: исследования, разработки, практика применения / В.Е. Брунман, М.В. Брунман, В.А. Дьяченко, Р.Э. Некрасов, А.П. Петкова // Вода Magazine. - 2018. - № 4 (128). - С. 38-43.

5. Брунман, М.В. Мобильный автоматизированный комплекс по производству феррата натрия / М.В. Брунман, А.П. Петкова, Г.А. Уткин, А.А. Куанышова // Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием. В 2-х ч. Ч. 2. - 2020. - С. 26-29.

6. ГОСТ 21427.0-75. Сталь электротехническая тонколистовая. Классификация и марки : с Изменением № 1 / принят Госстандартом СССР. -Москва : Издательство стандартов, 1985.

7. ГОСТ 31859-2012. Вода. Метод определения химического потребления кислорода / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации; подготовлен ООО «Протектор» совместно с группой компаний «Люмэкс»; утверждён приказом Росстандарта № 1618-ст от 29 ноября 2012 г.; введён в действие с 1 января2014г. - Москва : Стандартинформ, 2014 -12 с.

8. ГОСТ 31868-2012. Вода. Методы определения цветности (метод Б) / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации; подготовлен ООО «Протектор» совместно с ЗАО «Центр исследования и контроля воды»; утверждён приказом Росстандарта №1516-ст от 29 ноября 2012 г.; введён в действие с 1 января 2014 г. - Москва : Стандартинформ, 2019 -16 с.

9. ГОСТ 31957-2012. Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации; разработан ЗАО «РОСА» и ООО «Протектор»; утверждён приказом Росстандарта №1910-ст от 3 декабря 2012 г.; введён в действие 1 января 2014 г. - Москва : Стандартинформ, 2019 -29 с.

10. ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки : межгосударственный стандарт / разработан Министерством чёрной металлургии СССР; утверждён Госстандартом СССР 27.12.1972. - Москва : Издательство стандартов, 1994 (официальное издание). - 30 с.

11. МУК4.2.1018-01. Санитарно-микробиологический анализ питьевой воды : методические указания / разработаны Институтом экологии человека и гигиены среды им. А. Н. Сысина РАМН и др.; утверждены Главным государственным санитарным врачом РФ 9 февраля 2001 г.; введены в действие 1 июля 2001 г. - Москва : ФЦАО (издание Госсанэпиднадзора, 2001, 2011), - 28 с.

12. МУК4.2.1884-04. Санитарно-микробиологический и санитарно-паразитологический анализ воды поверхностных водных объектов : методические указания / разработаны: НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, ИМПиТМ им. Е.И. Марциновского ММА им. И.М. Сеченова, ФЦГиЭ Роспотребнадзора и др.; утверждены Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Онищенко 3 марта 2004 г.; изменения №1 от 23.12.2010, №2 от 1.03.2021, №3 от 15.12.2021 внесены до

2023 г. - Москва : ФЦГиЭ Роспотребнадзора / КОДЕКС, 2023 (официальное издание) - 88 с.

13. Некрасов, Р.Э. Оценка возможности применения ферратов в области обеззараживания сточных и загрязнённых вод / Р.Э. Некрасов, М.В. Брунман, А.П. Петкова // Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием. Ч. 2. - 2017. - С. 41-44.

14. Орехова, А.И. Очистка промышленных вод Урала с помощью нового реагента-окислителя / А.И. Орехова, А.М. Халемский, Т.М. Шерстобитова, Б.С. Коган // Цветная металлургия. - 2013. - № 4. - С. 64-67.

15. Патент № 165201 Ш Российская Федерация, МПК С25В 1/46 (2006.01), С0Ш 49/00 (2006.01), С0Ш 13/00 (2006.01), С25В 9/08 (2006.01), С25В 1/02 (2006.01), C02F 1/72 (2006.01), C02F 1/76 (2006.01). Установка для комплексного получения хлорсодержащих реагентов и феррата натрия : № 2015135675/05 : заявлено 14.12.2015 : опубликовано 10.10.2016 / Волков А.Н., Брунман В.Е., Коняшин А.В., Брунман М.В., Петкова А.П., Дьяченко В.А., Аракчеев Е.Н.; заявитель ФГАОУ ВО «СПбПУ». - 2 с. : ил.

16. Патент CN 108411321 А Китайская Народная Республика, МПК С25В 1/00 (2006.01), С25В 9/08 (2006.01). Электролизёр с двойной мембраной и трёхкамерной структурой для получения феррата: устройство и способ : № 201810288797.8 : заявлено 03.04.2018 : опубликовано 17.08.2018 / Фу Чжунтянь, Чжао Синь, Хань Тяньфан, Ли Лян; заявитель Даляньский университет. - 12 с. : ил.

17. Патент Ни 231043 В1 Венгрия, МПК С25В 1/14 (2006.01), С0Ш 49/00 (2006.01). Устройство и способ получения растворов феррата натрия и феррата калия электрохимическим методом : № Р 16 00474 : заявлено 29.07.2016 : опубликовано 29.01.2018 : зарегистрировано 28.01.2020 / Ланг Дьёрдь, Варга Йожеф, Зарай Дьюла, Варга Имре Петер; заявитель Imsys Меток Szolgaltat6 Кй. - 33 с. : ил.

18. Патент Ш 8,449,756 В2 Соединённые Штаты Америки, МПК С25В 1/00 (2006.01). Способ получения феррата(У) и/или (VI) : № 10/597,106 : заявлено

18.01.2005 : опубликовано 28.05.2013 / Брюс Е. Монзик, Джеймс К. Роуз, Эрик С. Бёрк, Эндрю Д. Смец, Деннис Г. Райдер, Чад М. Какси, Тимоти О. Кларк; заявитель Институт Баттелла. - 60 с. : ил.

19. Петкова, А.П. Компоновка и технология изготовления проточного реактора электрохимического синтеза феррата натрия / А.П. Петкова, А.И. Коняшина, Г.Р. Шарафутдинова // Дизайн. Материалы. Технология. - 2024. - № 3 (75). - С. 207-213. - DOI: 10.46418/1990-8997_2024_3(75)_207_213.

20. Петкова, А.П. Материал электролизной ячейки для синтеза феррата натрия / А.П. Петкова, Г.Р. Шарафутдинова // Функциональные материалы: синтез, свойства, применение. YOUNG ISC 2024: Тезисы докладов Всероссийской молодежной научной конференции с международным участием. - Санкт-Петербург, 2024. - С. 158-159.

21. Петкова, А.П. Обзор технологического процесса электрохимического синтеза феррата натрия / А.П. Петкова, Г.Р. Шарафутдинова // Инженерные системы - 2023: труды международной конференции. - Москва: Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, 2023. - С. 102-108.

22. Петкова, А.П. Обоснование материалов и технологических параметров процесса электролиза феррата натрия / А.П. Петкова, Г.Р. Шарафутдинова // Дизайн. Материалы. Технология. - 2024. - № 2 (74). - С. 170176. - DOI: 10.46418/1990-8997_2024_2(74)_170_176.

23. ПНДФ 14.1:2:3:4.121-97. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом / разработана ФГУ «ЦЭКЛ» Минприроды РФ; утверждена Госкомприродой РФ 21 марта 1997 г.; переиздание 2004 г. - Москва: ФЦАО, 2004 - 10 с.

24. ПНДФ 14.1:2:3:4.123-97. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений биохимического потребления кислорода (БПКП) после n-дневной инкубации в природных, питьевых и сточных водах / разработана ФБУ «ФЦАО»; утверждена Госкомприродой РФ 21.03.1997 (издание 2004 г.). - Москва : ФЦАО, 2004. - 23 с.

25. ПНДФ 14.1:2:4.128-98. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природных, питьевых и сточных вод флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «Флюорат-02» / разработана ООО «Люмэкс-Маркетинг»; утверждена ФЦАО 28.05.2013. - Москва : ФЦАО, 2013. - 23 с.

26. ПНДФ 14.1:2:4.254-09. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовых концентраций взвешенных и прокаленных взвешенных веществ в пробах питьевых, природных и сточных вод гравиметрическим методом / утверждена Федеральным центром анализа и оценки техногенного воздействия Росприроднадзора 15 декабря 2017 г.; действует с 2 июля 2018 г. - Москва : ФГБУ «ФЦАО», 2017. - 14 с.

27. ПНДФ 14.1:2:3.98-97. Количественный химический анализ вод. Методика измерений общей жёсткости в пробах природных и сточных вод титриметрическим методом / разработана ООО НПП «Акватест»; утверждена ФГБУ «Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия» 1 сентября 2016 г.; действует с 1 декабря 2016 г. - Москва : ФЦАО, 2016. - 25 с.

28. ПНДФ 14.1:2:4.63-96. Количественный химический анализ вод. Методика измерений массовой концентрации ионов меди, свинца и кадмия в пробах питьевых, природных и сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии / Министерство природы России; утверждена Минприроды РФ; официальное издание 2010 г. - Москва : ФЦАО, 2010.

29. ПНДФ 14.1:2:4.261-10. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации сухого и прокалённого остатка в пробах питьевых, природных и сточных вод гравиметрическим методом / разработана ЗАО «РОСА»; утверждена ФБУ «ФЦАО» 21 апреля 2010 г.; издание 2015 г. - Москва : ФЦАО, 2015 - 11 с.

30. Рожков, В.С. Химическое и электрохимическое окисление соединений железа в синтезе феррата натрия на канализационных очистных сооружениях / В.С. Рожков, М.И. Яхкинд, А.А. Князев // Региональная архитектура и строительство. - 2024. - № 4 (61). - С. 181-189.

31. Саранцева, А.А. Оценка эффективности феррата натрия в процессах обеззараживания сточных вод мясной промышленности / А.А. Саранцева, П.С. Астахов, Е.Н. Кузин, Н.Е. Кручинина // Экология и промышленность России. -2025. - Т. 29. - № 3. - С. 48-52.

32. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025615994 Российская Федерация. Программа определения производительности ячейки для электрохимического получения феррата натрия в проточном режиме. Заявка № 2025613638: заявл. 27.02.2025: опубл. 12.03.2025/ А.П. Петкова, Г.Р. Шарафутдинова; заявитель/правообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II». - 1c.

33. Шарафутдинова, Г.Р. Изготовление корпуса электрохимической ячейки для синтеза феррата натрия методами 3D-печати / Г.Р. Шарафутдинова, А.П. Петкова // Современные проблемы машиностроения: сборник статей XVI Международной научно-технической конференции. - Томск, 2024. - С. 321-323.

34. Ярошенко, С.В. Разработка методик количественного определения феррата^1) в процессе его непрерывного электрохимического производства в мобильной установке для очистки воды : выпускная квалификационная работа. -Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский гос. ун-т, 2020. - 42 с.

35. Яхкинд, М.И. Использование методов химического и электрохимического окисления соединений железа в технологии получения ферратов / М.И. Яхкинд, С.Ю. Андреев, И.А. Гарькина, В.А. Князев // Региональная архитектура и строительство. - 2015. - № 1 (22). - С. 125-129.

36. Alsheyab, M. Electrochemical generation of ferrate (VI): Determination of optimum conditions / M. Alsheyab, J.Q. Jiang, C. Stanford // Desalination. - 2010. -Vol. 254, No 1-3. - pp. 175-178.

37. Alsheyab, M. On-line production of ferrate with an electrochemical method and its potential application for wastewater treatment - A review / M. Alsheyab, J.Q. Jiang, C. Stanford // Journal of Environmental Management. - 2009. - Vol. 90, No 3. -pp. 1350-1356.

38. Banççi, S. Electrosynthesis of ferrate (VI) ion using high purity iron electrodes: Optimization of influencing parameters on the process and investigating its stability / S. Bariççi, F. Ulu, H. Sarkka, A. Dimoglo, M. Sillanpaa // International Journal of Electrochemical Science. - 2014. - Vol. 9, No 6. - pp. 3099-3117.

39. Bouzek, K. Influence of electrolyte composition on current yield during ferrate(VI) production by anodic iron dissolution / K. Bouzek, M.J. Schmidt, A.A. Wragg // Electrochemistry Communications. - 1999. - Vol. 1. - No 9. - pp. 370-374.

40. Bouzek, K. The study of electrochemical preparation of ferrate(VI) using alternating current superimposed on the direct current. Frequency dependence of current yields / K. Bouzek, I. Rousar // Electrochimica Acta. - 1993. - Vol. 38. - No 13. - pp. 1717-1720.

41. Cataldo-Hernández, M.A. Electrosynthesis of ferrate in a batch reactor at neutral conditions for drinking water applications / M.A. Cataldo-Hernández, R. Govindarajan, A. Bonakdarpour, M. Mohseni, D.P. Wilkinson // The Canadian Journal of Chemical Engineering. - 2018. - Vol. 96, No 8. - pp. 1648-1655.

42. Cekerevac, M. The influence of silicate and sulphate anions on the anodic corrosion and the transpassivity of iron and silicon-rich steel in concentrated KOH solution / M. Cekerevac, M. Simicic, L.N. Bujanovic, N. Popovic // Corrosion Science.

- 2012. - Vol. 64. - pp. 204-212.

43. Dai, M. Degradation of 2,6-dichlorophenol by ferrate(VI) oxidation: Kinetics, performance, and mechanism / M. Dai, Z. Luo, Y. Luo, Q. Zheng, B. Zhang // Separation and Purification Technology. - 2021. - Vol. 278. - 119475.

44. Dagdag, O. An overview of heavy metal pollution and control / O. Dagdag, T.W. Quadri, R. Haldhar, S.C. Kim, W. Daoudi, E. Berdimurodov, E.E. Ebenso // Heavy Metals in the Environment: Management Strategies for Global Pollution. - 2023.

- pp. 3-24.

45. De Koninck, M. The electrochemical generation of ferrate at pressed iron powder electrodes: Effect of various operating parameters / M. De Koninck, T. Brousse, D. Bélanger // Electrochimica Acta. - 2003. - Vol. 48, No 10. - pp. 1425-1433.

46. Delaude, L. A novel oxidizing reagent based on potassium ferrate(VI) / L. Delaude, P. Laszlo // The Journal of Organic Chemistry. - 1996. - Vol. 61. - No 18. -pp. 6360-6370.

47. Denvir, A. Electrochemical generation of ferrate. Part I: Dissolution of an iron wool bed anode / A. Denvir, D. Pletcher // Journal of Applied Electrochemistry. -1996. - Vol. 26. - pp. 815-822.

48. Denvir, A. Electrochemical generation of ferrate. Part 2: Influence of anode composition / A. Denvir, D. Pletcher // Journal of Applied Electrochemistry. - 1996. -Vol. 26, No 8. - pp. 823-827.

49. Diaz, M. Towards in situ electro-generation of ferrate for drinking water treatment: A comparison of three low-cost sacrificial iron electrodes / M. Diaz, K. Doederer, J. Keller, M. Cataldo, B.C. Donose, Y. Ali, P. Ledezma // Journal of Electroanalytical Chemistry. - 2021. - Vol. 880. - 114897.

50. Ding, L. Oxidation of CHaSH by in situ generation of ferrate(VI) in aqueous alkaline solution for odour treatment / L. Ding, H.C. Liang, X.Z. Li // Separation and Purification Technology. - 2012. - Vol. 91. - pp. 117-124.

51. Ding, L. Removal of methyl mercaptan from foul gas by in-situ production of ferrate(VI) for odour control: PhD thesis / Ling Ding. - Hong Kong: The Hong Kong Polytechnic University, Department of Civil and Environmental Engineering, 2012. -198 p.

52. Dutta, D. Industrial wastewater treatment: Current trends, bottlenecks, and best practices / D. Dutta, S. Arya, S. Kumar // Chemosphere. - 2021. - Vol. 285. -131245.

53. El Kateb, M. Ferrate(VI) pre-treatment and subsequent electrochemical advanced oxidation processes: Recycling iron for enhancing oxidation of organic pollutants / M. El Kateb, C. Trellu, N. Oturan, N. Bellakhal, N. Nesnas, V.K. Sharma, M.A. Oturan // Chemical Engineering Journal. - 2022. - Vol. 431. - 134177.

54. Falconi, I.B.A. An overview of treatment techniques to remove ore flotation reagents from mining wastewater / I.B.A. Falconi, A.B.B. Junior, M.D.P.G.

Baltazar, D.C.R. Espinosa, J.A.S. Tenorio // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2023. - Vol. 11. - No 6. - 111270.

55. Ghernaout, D. Mechanistic insight into disinfection using ferrate(VI) / D. Ghernaout, R.O. Ibn-Elkhattab // Open Access Library Journal. - 2019. - Vol. 6. - No 12. - pp. 1.

56. Gunawan, G. Ferrate(VI) synthesis using Fe(OH)a from waste iron electrolysis and its application for the removal of metal ions and anions in water / G. Gunawan, N. Herlina, T. Rahayu, R. Masykuri // Indonesian Journal of Chemistry. -2021. - Vol. 21. - No 6. - pp. 1397-1407.

57. Han, H. Green ferrate(VI) for multiple treatments of fracturing wastewater: Demulsification, visbreaking, and chemical oxygen demand removal / H. Han, J. Li, Q. Ge, Y. Wang, Y. Chen, B. Wang // International Journal of Molecular Sciences. - 2019. - Vol. 20. - No 8. - 1857.

58. He, T. Degradation of organic chemicals in aqueous system through ferrate-based processes: A review / T. He, B. Zhou, H. Chen, R. Yuan // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2022. - Vol. 10, No 6. - 108706.

59. He, W. The rapid electrochemical preparation of dissolved ferrate(VI): Effects of various operating parameters / W. He, J. Wang, C. Yang, J. Zhang // Electrochimica Acta. - 2006. - Vol. 51, No 10. - pp. 1967-1973.

60. He, W. Electrochemical preparation, characterization and discharge performance of solid KsNa(FeO4)2 / W. He, J. Wang, Y. Fan, Z. Xu, J. Zhang, C.N. Cao // Electrochemistry Communications. - 2007. - Vol. 9. - No 2. - pp. 275-278.

61. Izydorczyk, G. Potential environmental pollution from copper metallurgy and methods of management / G. Izydorczyk, K. Mikula, D. Skrzypczak, K. Moustakas, A. Witek-Krowiak, K. Chojnacka // Environmental Research. - 2021. - Vol. 197. - pp. 111050.

62. Jebalbarezi, B. Oxidative degradation of sulfamethoxazole from secondary treated effluent by ferrate(VI): kinetics, by-products, degradation pathway and toxicity assessment / B. Jebalbarezi, R. Dehghanzadeh, S. Sheikhi, N. Shahmahdi, H. Aslani, A.

Maryamabadi // Journal of Environmental Health Science and Engineering. - 2022. -Vol. 20. - No 1. - pp. 205-218.

63. Jiang, J.Q. Progress in the development and use of ferrate(VI) salt as an oxidant and coagulant for water and wastewater treatment / J.Q. Jiang, B. Lloyd // Water Research. - 2002. - Vol. 36. - No 6. - pp. 1397-1408.

64. Khoi, T.T. Ferrate as an all-in-one coagulant, oxidant, and disinfectant for drinking water treatment / T.T. Khoi, N.T. An, N.N. Huy, N.T. Thuy // Journal of Applied Water Engineering and Research. - 2024. - Vol. 12, No 3. - C. 277-286.

65. Li, Y. Kinetics and mechanisms of phenolic compounds by ferrate(VI) assisted with density functional theory / Y. Li, L. Jiang, R. Wang, P. Wu, J. Liu, S. Yang, N. Zhu // Journal of Hazardous Materials. - 2021. - Vol. 415. - 125563.

66. Liang, Y.M. Enhanced removal of lead(II) and cadmium(II) from water in alum coagulation by ferrate(VI) pretreatment / Y.M. Liang, M. Jun, W. Liu // Water Environment Research. - 2007. - Vol. 79. - No 12. - pp. 2420-2426.

67. Liu, J. Ferrate(VI) pretreatment of water containing natural organic matter, bromide, and iodide: A potential strategy to control soluble lead release from PbO2(s) / J. Liu, M.R. Mulenos, W.C. Hockaday, C.M. Sayes, V.K. Sharma // Chemosphere. -2021. - Vol. 263. - 128035.

68. Liu, K. Anodic oxidation produces active chlorine to treat oilfield wastewater and prepare ferrate(VI) / K. Liu, Y. Yi, N. Zhang // Journal of Water Process Engineering. - 2021. - Vol. 41. - 101998.

69. López, J.R. Potassium ferrate and/or sodium ferrate generation using a prototype of electrochemical reactor without membrane / J.R. López, D.C.P. Fong, P.F.M. Herrera, S.P. Sicairos, I.C. Ayala, J.R.O. del Castillo // ECS Transactions. -2008. - Vol. 15, No 1. - 403.

70. Luo, C. Revelation of ferrate(VI) unimolecular decay under alkaline conditions: Investigation of involvement of Fe(IV) and Fe(V) species / C. Luo, M. Feng, V.K. Sharma, C.H. Huang // Chemical Engineering Journal. - 2020. - Vol. 388. -124134.

71. Macova, Z. Research progress in the electrochemical synthesis of ferrate(VI) / Z. Macova, K. Bouzek, J. Hives, V. K. Sharma, R. J. Terryn, J. C. Baum // Electrochimica Acta. - 2009. - Vol. 54. - No 10. - pp. 2673-2683.

72. Macova, Z. The influence of electrolyte composition on electrochemical ferrate(VI) synthesis. Part II: anodic dissolution kinetics of a steel anode rich in silicon / Z. Macova, K. Bouzek // Journal of Applied Electrochemistry. - 2011. - Vol. 41. - pp. 1125-1133.

73. Mai, T.T.T. Ductile iron: a low-cost optimal anode material for electrochemical generation of ferrate (VI) / T.T.T. Mai, T.V.A. Nguyen, T.B. Phan, T.G. Le // Journal of The Electrochemical Society. - 2023. - Vol. 170, No 8. - 083510.

74. Mai, T.T.T. Effect of anode passivation on ferrate(VI) electro-generation using ductile iron anode and application for methylene blue treatment / T.T.T. Mai, T.V. Anh Nguyen, T.B. Phan // Journal of Applied Electrochemistry. - 2024. - Vol. 54. - pp. 1783-1794.

75. Malik, S.N. Comparison of coagulation, ozone and ferrate treatment processes for color, COD and toxicity removal from complex textile wastewater / S.N. Malik, P.C. Ghosh, A.N. Vaidya, V. Waindeskar, S. Das, S.N. Mudliar // Water Science and Technology. - 2017. - Vol. 76, No 5. - pp. 1001-1010.

76. Matebese, F. Mining wastewater treatment technologies and resource recovery techniques: A review / F. Matebese, A.K. Mosai, H. Tutu, Z.R. Tshentu // Heliyon. - 2024. - Vol. 10. - No 3. - e23906.

77. Munyengabe, A. Effective desalination of acid mine drainage using an advanced oxidation process: Sodium ferrate(VI) salt / A. Munyengabe, C. Zvinowanda, J. Ramontja, J.N. Zvimba // Water. - 2021. - Vol. 13. - No 19. - 2619.

78. Munyengabe, A. Production, characterization and application of ferrate(VI) in water and wastewater treatments / A. Munyengabe, C. Zvinowanda // Brazilian Journal of Analytical Chemistry. - 2019. - Vol. 6. - pp. 40-57.

79. Nikolic-Bujanovic, L. A comparative study of iron-containing anodes and their influence on electrochemical synthesis of ferrate(VI) / L. Nikolic-Bujanovic, M.

Cekerevac, M. Vojinovic-Miloradov, A. Jokic, M. Simicic // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. - 2012. - Vol. 18. - No 6. - pp. 1931-1936.

80. Petkova, A.P. An anode composition influence on the efficiency of producing sodium ferrate for metallurgical plants wastewater treatment / A.P. Petkova, A.I. Konyashina, G.R. Sharafutdinova, O.Yu. Ganzulenko // CIS Iron and Steel Review. -2025. - Vol.29. - pp. 108-113. - DOI: 10.17580/cisisr.2025.01.19.

81. Petkova, A.P. Electrochemical synthesis of sodium ferrate and its application in wastewater treatment systems: a field case study / A.P. Petkova, A.I. Konyashina, G.R. Sharafutdinova // International Journal of Engi-neering, Transactions B: Applications. - 2026. - Vol. 39, No 2. - pp. 523-533. - DOI: 10.5829/ije.2026.39.02b.18.

82. Petkova, A.P. Selection of materials and technologies for the electrochemical synthesis of sodium ferrate / A.P Petkova, S.M. Gorbatyuk, G.R. Sharafutdinova, V.A. Nagovitsyn // Metallurgist. - 2024. - Vol.68, No 3. - pp. 449459. - DOI: 10.1007/s11015-024-01747-w.

83. Prasetya, N.B.A. Synthesis of ferrate from ferrous sulfate using wet chemical approach and its application for remazol black B degradation: optimization and kinetic studies / N.B.A. Prasetya, S.J. Suripto, A. Haris, N.S. Mohammed // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 1943, No 1. - C. 012184.

84. Quino-Favero, J. Electrochemical synthesis of ferrate(VI): optimization of parameters and evaluation of their impact in production cost / J. Quino-Favero, R. Eyzaguirre, P. Mogrovejo, P. Prieto, L.F. del Pino // Desalination and Water Treatment. - 2018. - Vol. 113. - pp. 179-186.

85. Sarantseva, A.A. Investigation of the process of oxidative degradation of phenol by sodium ferrate solutions / A.A. Sarantseva, N.A. Ivantsova, E.N. Kuzin // Russian Journal of General Chemistry. - 2023. - Vol. 93, No 13. - pp. 3454-3459.

86. Samimi-Sedeh, S. An optimization and characterization study on sodium ferrate production by electrochemical method / S. Samimi-Sedeh, et al. // Journal of Advanced Materials and Processing. - 2019. - Vol. 7, No 4. - pp. 3-15.

87. Sharifi, S.A. Effects of soil, water and air pollution with heavy metal ions around lead and zinc mining and processing factories / S.A. Sharifi, M. Zaeimdar, S.A. Jozi, R. Hejazi // Water, Air, & Soil Pollution. - 2023. - Vol. 234. - No 12. - pp. 760.

88. Shein, A.B. Anodic dissolution of iron silicides in alkaline electrolyte / A.B. Shein, I.L. Rakityanskaya, S.F. Lomaeva // Protection of Metals. - 2007. - Vol. 43, No 1. - pp. 54-58.

89. Shulga, E. Fused filament fabricated polypropylene composite reinforced by aligned glass fibers / E. Shulga, R. Karamov, S. Sergeichev, D. Konev, I. Shurygina, I. Akhatov, A. Nasibulin // Materials. - 2020. - Vol. 13. - No 16. - 3442.

90. Sharma, V.K. Destruction of cyanide and thiocyanate by ferrate [Iron (VI)] / V.K. Sharma // European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection. - 2003. - Vol. 3, No 3. - pp. 322-330. Vol.3, No.3, 1303-0868, 2003, pp. 301-308

91. Sharma, V.K. Ferrate (VI) and ferrate (V) oxidation of cyanide, thiocyanate, and copper (I) cyanide / V.K. Sharma, R.A. Yngard, D.E. Cabelli, J.C. Baum // Radiation Physics and Chemistry. - 2008. - Vol. 77, No 6. - pp. 761-767.

92. Sharma, V.K. Ferrates (iron(VI) and iron(V)): Environmentally friendly oxidants and disinfectants / V.K. Sharma, F. Kazama, H. Jiangyong, A.K. Ray // Journal of Water and Health. - 2005. - Vol. 3, No 1. - pp. 45-58.

93. Sharma, V.K. Potassium ferrate(VI): An environmentally friendly oxidant / V.K. Sharma // Advances in Environmental Research. - 2002. - Vol. 6, No 2. - pp. 143-156.

94. Sharma, V.K. Review on high valent Fe(VI) (ferrate): A sustainable green oxidant in organic chemistry and transformation of pharmaceuticals / V.K. Sharma, L. Chen, R. Zboril // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. - 2016. - Vol. 4, No 1. -pp. 18-34.

95. Sun, X. Electrochemical synthesis of ferrate (VI) using sponge iron anode and oxidative transformations of antibiotic and pesticide / X. Sun, K. Zu, H. Liang, L. Sun, L. Zhang, C. Wang, V.K. Sharma // Journal of Hazardous Materials. - 2018. - Vol. 344. - pp. 1155-1164. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2017.12.057.

96. Talaiekhozani, A. An overview on production and application of ferrate(VI) for chemical oxidation, coagulation and disinfection of water and wastewater / A. Talaiekhozani, M.R. Talaei, S. Rezania // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2017. - Vol. 5. - No 2. - pp. 1828-1842. 10.17795/jjhs-3490

97. Teng, X. Mixed oxidation of chlorophene and 4-tert-butylphenol by ferrate(VI): Reaction kinetics, cross-coupling products and improved utilization efficiency of ferrate(VI) / X. Teng, Y. Qi, C. Qin, X. Tang, C. Yan, Z. Wang, R. Qu // Separation and Purification Technology. - 2022. - Vol. 301. - 121902.

98. Tian, B. Ferrate(VI) oxidation of bisphenol E - Kinetics, removal performance, and dihydroxylation mechanism / B. Tian, N. Wu, X. Pan, C. Yan, V.K. Sharma, R. Qu // Water Research. - 2022. - Vol. 210. - 118025.

99. Tong, R. On line continuous chemical synthesis of ferrate(VI): Enhanced yield and removal of pollutants / R. Tong, P. Zhang, Y. Yang, R. Zhang, X. Sun, X. Ma, V.K. Sharma // Journal of Environmental Chemical Engineering. - 2021. - Vol. 9. - No 6. - 106512.

100. Wang, S. Evaluation of potassium ferrate(VI) cathode material coated with 2,3-naphthalocyanine for alkaline super iron battery / S. Wang, Z. Yang, D. Liu, S. Yi, W. Chi // Electrochemistry Communications. - 2010. - Vol. 12. - No 3. - pp. 367-370.

101. Wu, S. Performances and mechanisms of efficient degradation of atrazine using peroxymonosulfate and ferrate as oxidants / S. Wu, H. Li, X. Li, H. He, C. Yang // Chemical Engineering Journal. - 2018. - Vol. 353. - pp. 533-541.

102. Yates, B.J. Engineering aspects of ferrate in water and wastewater treatment - a review / B.J. Yates, R. Zboril, V.K. Sharma // Journal of Environmental Science and Health, Part A. - 2014. - Vol. 49. - No 14. - pp. 1603-1614.

103. Yngard, R. Ferrate (VI) oxidation of zinc-cyanide complex / R. Yngard, S. Damrongsiri, K. Osathaphan, V.K. Sharma // Chemosphere. - 2007. - Vol. 69, No 5. -pp. 729-735.

104. Yu, J. A review of research progress in the preparation and application of ferrate(VI) / J. Yu, K. Sumita, K. Zhang, Q. Zhu, C. Wu, S. Huang, W. Pang // Water. -2023. - Vol. 15. - No 4. - pp. 699.

105. Yu, X. Advances in electrochemical Fe(VI) synthesis and analysis / X. Yu, S. Licht // Journal of Applied Electrochemistry. - 2008. - Vol. 38. - pp. 731-742.

106. Zhang, C. Assessment of heavy metal pollution and human health risk in water and fish from a reservoir in China / C. Zhang, Y. Nie, H. Hu, X. Wu, Y. Duan // Water. - 2022. - Vol. 14. - No 5. - pp. 726.

107. Zhang, S. Comparative removal of imidacloprid, bisphenol-S, and azithromycin with ferrate and FeCla and assessment of the resulting toxicity / S. Zhang, J.Q. Jiang // Journal of Chemical Technology & Biotechnology. - 2021. - Vol. 96. - No 1. - pp. 99-112.

108. Zhou, Z. Reaction kinetics and oxidation products formation in the degradation of ciprofloxacin and ibuprofen by ferrate(VI) / Z. Zhou, J.Q. Jiang // Chemosphere. - 2015. - Vol. 119. - S95-S100.

121

ПРИЛОЖЕНИЕ А Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

122

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении результатов исследования

%

Утверждаю

Тех н и чес к и йдм ректор ООО «Доброхим»

Брунман В.Е.

/7 ¿и^ЬЦ_2025 г.

об использовании результатов кандидатской диссертации Шарафутдиновой Гузели Расимовны по научной специальности 2.6.17 «Материаловедение»

Специальная комиссия ООО «Доброхим» в составе: Председатель Брунман В.Е.;

Члены комиссии: Майзель A.B., Михайлова И.А., Курилова А.И.

составили настоящий акт о том, что результаты диссертации на тему «Обоснование выбора материалов и технологий для реактора электрохимического синтеза феррата натрия», представленной на соискание ученой степени кандидата наук, будут использованы при проектировании и изготовлении реакторов электрохимического синтеза феррата натрия на заданную производительность.

Использование результатов проведённых в диссертации исследований позволило увеличить концентрацию феррата натрия, снизить энергопотребление и повысить выход по току.

Председатель комиссии

Технический директор Брунман В.Е. Члены комиссии:

Главный инженер Майзель A.B. Ведущий специалист Михайлова И.А Старший лаборант Курилова А Н.