CC BY
51
УДК 54.058
Ладыгина Ю.Ш., Мец Е.А., Колесников А.В.
АДСОРБЦИЯ АНИОНЫХ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СВЕЖЕСФОРМИРОВАННОМ ОСАДКЕ ГИДРОКСИДА МЕТАЛЛА
Ладыгина Юлия Шавкятовна, аспирантка 3 курса факультета Технологии Неорганических Веществ и Высокотемпературных Материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Мец Евгений Александрович, магистр 1 курса факультета Инженерной химии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Колесников Артем Владимирович, к.т.н., старший научный сотрудник технопарка «экохимбизнес-2000+» РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, вл. 20, e-mail: [email protected]
В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований по адсорбции поверхностно-активных веществ на примере додецилсульфата натрия из водных растворов в присутствии гидроксидов металлов (алюминия, железа, меди, никеля, цинка). Было установлено, что степень извлечения и адсорбции зависит от соотношения концентрации металл/поверхностно-активное вещество в водном растворе.
Ключевые слова: очистка сточных вод; поверхностно-активные вещества; адсорбция.
ADSORPTION OF ANIONIC SURFACE-ACTIVE SUBSTANCES ON THE REDUCED SEDIMENTS OF METAL HYDROXIDE
Ladygina Y.S., Mec E.A., Kolesnikov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In this paper, the results of experimental studies on the adsorption of surface-active substances on the example of sodium dodecyl sulfate from aqueous solutions in the presence of metal hydroxides (aluminum, iron, copper, nickel, zinc) are presented. It was found that the degree of recovery and adsorption depends on the ratio of the metal / surfactant concentration in the aqueous solution.
Keywords: wastewater treatment; Surface-active substances; adsorption.
В настоящее время в мире производится большое количество химических веществ, что непосредственно связано с их влиянием на окружающую среду. А именно со сбросами сточных вод, содержащих загрязнители химического происхождения, в водоёмы. Одним из основных загрязнителей являются поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Разнообразные типы поверхностно-активных веществ широко используются в современной гальванотехнике в растворах для обезжиривания деталей перед нанесением покрытий и в гальванических ваннах. В технологическом процессе эти вещества неизбежно попадают в промывные и сточные воды. Это создает проблему очистки жидких отходов гальванического производства от поверхностно-активных веществ. Также вода с большим количеством ПАВ образуется на автомойках, прачечных, на предприятиях текстильной промышленности и т.п. Качество воды, попадающей в канализацию, после таких сооружений часто не соответствует требованиям для сброса в водоём рыбо-хозяйственного назначения 2-ой категории, связано это с особенностями очистки воды с повышенным содержанием ПАВ. Согласно требованиям Минздрава РФ при сбросе стоков в
открытый водоем: ПДКаПАВ= 0,15-0,05 мг/дм (в зависимости от категории водоема). [1]
Поверхностно - активные вещества относят к загрязнителям воды третьей группы дисперсности (диаметр частиц от 1 до 10 нм) [2]. Поверхностно-активные вещества обладают пенообразующей способностью. Однако при высокой концентрации поверхностно-активных веществ высокая пенообразующая способность не только негативно влияет на тепломасообмен водоёма с атмосферой, но и препятствует процессу очистки воды. При попадании поверхностно-активных веществ в воду на поверхности образуется слой пены, который затрудняет тепломассообмен водоёма с атмосферой, снижает поступление кислорода из воздуха в воду (на 15-20 %), замедляя осаждение и разложение взвесей, процессы минерализации органических веществ, и тем самым ухудшает процессы самоочищения. Также поверхностно-активные вещества усиливают воздействие загрязняющих веществ и тормозят процесс их естественной переработки, поэтому воду, содержащую поверхностно-активные вещества необходимо очищать [3].
Основными методами очистки сточных вод от ПАВ являются флотация, коагуляция, флокуляция,
для доочистки стока применяют адсорбцию. Особое внимание в данной работе отводится адсорбции ПАВ на свежеприготовленных осадках гидроксидов металлов алюминия, железа, меди, никеля, цинка.
Объектами исследования были водные растворы с различной концентрацией анионного ПАВ -додецилсульфата натрия от 50 до 1000 мг/л. В растворы с разной концентрацией ПАВ добавляли гидроксид конкретного металла концентрации 200 мг/л. Сорбцию ПАВ проводили при оптимальном значении рН для каждого гидроксида металла [4,5] в течение 30 мин при интенсивном перемешивании. Визуально было отмечено образование дисперсной фазы при соотношении концентрации 1:3 металл/ПАВ. С увеличением исходной концентрации ПАВ в растворе в 4 и более раз, чем концентрация гидроксида металла дисперсная фаза не наблюдалась. Полученные растворы после адсорбции были отфильтрованы в целях удаления дисперсной фазы.
Эффективность очистки от аПАВ оценивается параметром степенью извлечения (а), который рассчитывается по формуле:
ХПКнач - ХПКкон „
а =-* 100%
ХПКнач
где ХПКнач -химическое потребление кислорода, измеренное до адсорбции ХПКкон - химическое потребление кислорода, измеренное после адсорбции
Для получения данных показателя адсорбции (Гадс) измеряли значение ХПК (химическое потребление кислорода) растворов, содержащих анионный ПАВ додецилсульфата натрия и гидроксид металла, до процесса адсорбции и после.
Интегральный показатель ХПК - химическое потребление кислорода - является кислородным эквивалентом содержания в растворе органических веществ и выражает количество кислорода, необходимое для их окисления. Значение ХПК определяли в соответствии с методикой выполнения измерения массовой концентрации химически потребляемого кислорода в водных средах с использованием анализатора жидкости "Эксперт-001". Данный метод измерения ХПК основан на проведении прямых потенциометрических измерениях в кипящем рабочем растворе, в состав
которого входят компоненты окислительно-
г* г\ 2- /г* 3+ г* 4+/^ 3+ восстановительной системы Сг207 /Сг , Се Се ,
Мп04 - /Мп, Ле2+/Ле+. Схема установки для
измерения ХПК изображена на рис. 1.
Рис.1 Схема установки Эксиерт-001 для измерения ХПК
По полученным результатам измерения начального и конечного ХПК растворов, содержащих ПАВ и гидроксиды металлов Л1, Fe, Си, Zn, № (СпаВ 50-1000мг/л, Сгидр=200мг/л) были рассчитаны следующие показатели: ДХПК, степень извлечения а, %, адсорбция Гадс, ХПК/мг. Также построены графики зависимости величин адорбции (Гадс) от концентрации анионного ПАВ (додецилсульфата натрия) для каждого гидроксида металла указанных выше рис.2 и рис. 3
А N
/
■ г п
Ре
100 250 500 750 1000
Концентрации ПДВ, г*г/л
Рис.2 График зависимости величины адсорбции (Гадс) от концентрации ПАВ для гидроксидов железа Fe, цинка Zn, никеля №. Параметры адсорбции: время процесса 30 мин, рН =7 для Fe, рН=9,5 для Zn, рН=10 для №.
0,80 0,70 0.60 ь 0,50 0,40 и 0,30 0,20 0,10 0,00
С и
А1
100 250 500 750
Конт-нтрлцияПЛВ. мг л
Рис.3 График зависимости величины адсорбции (Гадс) от концентрации ПАВ для гидроксидов алюминия А1, меди Си. Параметры адсорбции: время процесса 30 мин, рН =7 для А1 , рН=9,5 для Си
Анализ графиков показал, что идет увеличение величины сорбции аПАВ на поверхности гидроксидов металлов. В случае с гидрокисдом меди и железа наблюдается снижение величины сорбции, что требует дальнейших исследований для этого явления.
Определение степени извлечения ПАВ из растворов, содержащих гидроксиды металлов в одинаковых условиях (СПАВ=250 мг/л; Сгидр=200
Было отмечено, что при высоких концентрациях анионного поверхностно-активного вещества (додецилсульфата натрия) более 250 мг/л в водном растворе одновременно с ионами выше указанных металлов в соотношении металл/ПАВ 1:3 во время процесса адсорбции, что возможно идет образование комплексов металл - поверхностно-активное вещество, что затрудняет извлечение ПАВ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения государственного задания (проектная часть) №10.3814.2017/ПЧ в Российском химико-технологическом университете им Д.И. Менделеева.
Список литературы
1. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения синтетическими поверхностно-активными веществами. [Текст]
мг/л, т=30 мин) показало, что для извлечения анионного ПАВ (додецилсульфата натрия) наиболее предпочтительно использование коагулянта на основе сульфата меди. Степень извлечения составила 81%. Полученные максимальные значения ЛХПК, степени извлечения а, %, адсорбции Гадс представлены в таблице 1 для соответствующих концентраций ПАВ.
Разраб. Е. А. Можаевым М.: Минздрав СССР, - 1976. -16 с. Действующий
2. Когановский А.М., Физико-химические основы извлечения ПАВ из водных растворов и сточных вод /. Когановский А.М., Клименко Н.А./ -К.: Наук. думка, -1980. - 176 с.
3. Колесников, А.В. Роль поверхностно-активных веществ в электрофлотационном процессе извлечения гидроксидов и фосфатов меди, никеля и цинка /А. В. Колесников [и др.]/ Теорет. основы хим. технологии. -2015. -Т. 49.- № 1.- С. 3.]
4. Колесников В.А. Электрофлотационная технология очистки сточных вод промышленных предприятий /В.А. Колесников [и др.]/ - М.: Химия. - 2007. - 175 с.
5. Колесников, В.А. Оборудование, технологии и проектирование систем очистки сточных вод /В.А. Колесников [и др.] - М. : ДеЛи плюс, 2016. -289 с
Таблица 1. Максимальные значения ДХПК, степени извлечения а, величины адсорбции Гадс для растворов, содержащих определенную концентрацию ПАВ и гидроксид металла (Сгидр=200мг/л)__
Ме(ОН)п Стах ПАВ , мг/л ЛХПКтах, мгО/л атах, % Гтах, ХПК/мг
А13+ 100 - 38 -
1000 147 - 0,74
Fe3+ 100 - 21 -
250 26 - 0,13
К12+ 100 - 77 -
500 211 - 1,05
Си2+ 250 141 81 0,70
Zn2+ 100 - 52 -
500 128 - 0,64
^гидр =200мг/л
