CC BY
3CHEMISTRY SCIENCES
ФЛОТОЕКСТРАКЦ1Я БАРВНИК1В З ВОДНИХ РОЗЧИН1В
Обушенко T.I.
старший викладач Нацюнальний технгчний утверситет Украгни «Кигвський полтехнгчний утверситет гменг1горя Сгкорського»
Толстопалова Н.М. Кандидат технгчних наук, доцент Нацюнальний технгчний унгверситет Украгни «Кигвський полтехнгчний утверситет гменг 1горя Сгкорського»
Сангтова О.В. Кандидат технгчних наук, доцент Нацюнальний технгчний утверситет Украгни «Кигвський полтехнгчний утверситет гменг 1горя Сгкорського»
Китаева В.Р. студентка
Нацюнальний технгчний утверситет Украгни «Кигвський полтехнгчний утверситет гменг 1горя Сгкорського»
SOLVENT SUBLATION OF DYES FROM AQUEOUS SOLUTIONS
Obushenko T.,
Senior Lecturer National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» Tolstopalova N., PhD, Associate Professor National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Sanginova О., PhD, Associate Professor National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Kytaieva V.
Student National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute» DOI: 10.5281/zenodo.7467503
Анотащя
Мета статп вивчити процес флотоекстракци барвнишв з водних розчишв. Дослщжено видалення барвнишв залежно ввд: молярного сшввщношення барвник: збирач, рН, тривалосл процесу, po3Mipy бульба-шок газу; виду екстрагента.
Abstract
The purpose of the article is to study the process of solvent sublation of dyes from aqueous solutions. The removal of dyes was studied depending on: molar ratio of dye: collector, pH, duration of the process, size of gas bubbles; type of extractant.
Ключовi слова: флотоекстракщя, барвник, ПАР, екстрагент, стутнь видалення.
Keywords: solvent sublation, dye, surfactant, extractant, degree of removal.
Шквдлива дш оргатчних речовин, що потрап-ляють у водойми, посилюсться за рахунок кумулятивного ефекту (прогресуюче зб№шення вмюту шквдливих сполук у кожнш наступнш ланщ трофь чного ланцюга). Серед таких оргашчних забрудню-вачiв мюце займають барвники, яш широко засто-совують у рiзних галузях промисловостi та в побуп [1]. Сучаст синтетичнi барвники зi складною ммь чною структурою не щдлягають бiохiмiчнiй де-струкцii у водних системах. 1х концентрацiя, напри-клад, у стiчних водах текстильних виробництв в за-лежностi вщ типу барвника коливаеться в межах вщ
5 до 40 мг/дм3, що багаторазово перевищуе гранично допустимi норми (0,05-0,5 мг/дм3) впливу на навколишне середовище. На жаль, наявш техноло-гii очищения спчних вод вiд цих речовин досить часто недосконалi та неефективт [2-3].
Флотоекстракцiя - флотацiйний процес, тд час якого сфлотована речовина (сублат) концентру-еться в тонкому шарi органiчноi речовини, що зна-ходиться на поверхнi водноi фази [4-6]. Сублат утворюеться кулошвськими силами притягання мiж полютантом та збирачем - поверхнево - актив-
ною речовиною (ПАР) та тд дieю потоку газу переноситься в оргатчний шар. Основний принцип вибору ПАР полягае в нейтр^зацп заряду катюна або анюна вiдповiдним iоногенним ПАР та утво-рення з ним комплексу: за допомогою хiмiчного або фiзичного зв'язку , тобто при необхiдностi флотаци катiона використовують анiоннi ПАР, при флотаци у виглядi анiона - катюнт [7-9]. Як ПАР був обра-ний гексадицилпiридиний бромид, який за виснов-ками заруб1жних дослщнишв е ефективним для ви-користання у флотоекстракцп.
Мета роботи - дослвдження процесу флотоекстракцп барвника легкозмиваемого червоного, вибiр екстрагенту, визначення закономiрностей вида-лення барвник1в в залежносп вiд: тривалостi процесу, молярного сшввщношення барвник:ПАР, об'ему оргашчно! фази, рН середовища.
Концентрацiя модельних робочих розчинiв становила 0,01 г/дм3. Залишкову концентрацiю ви-значали фотометричним методом. У якостi ПАР ви-користовували гексадецилтриметиламмонш бро-мiд (ГТАБ).
Вважаеться, що механiзм флотоекстракци
Серед полярно! оргашки найвищi ступенi ви-лучення досягаються з пентанолом, гексанолом i октанолом. З неполярною оргашкою процес проходить значно прше. Естери е перспективною альтернативою оргашчним спиртам, !х також можна вико-ристовувати в якостi екстрагенпв. Вони не посту-паються спиртам досягнутими ступенями вилучення. Проте вони дефiцитнiшi i економiчно недоцшьш. Також частина шару в процес перебiгу флотоекстракци випаровуеться, тобто и неможливо
речовини усерединi й на поверхнi бульбашок та мiж двома редкими фазами, викликаному градiентом концентрацш. На додаток до цього бульбашки, що пiднiмаються, захоплюють iз собою у виглядi пль вки, воду з розчиненою у нш речовиною. В такий спосiб також вщбуваеться екстракцiя речовини в органiчний шар, при цьому саме така екстракщя е рiвноважною. Вода ж з оргашчно! фази, у свою чергу, повертаеться у виглядi крапель у водну фазу, захоплюючи з собою й частину речовини.
Вплив органгчного екстрагенту на ступть ви-лучення барвника. В робот дослвджувалась ефекти-внють флотоекстракцi! з рiзними екстрагентами, для виявлення найбiльш ефективного для досль джуваних барвникiв (рис.1). Використовпано таки екстрагенти:
- полярнi: бутанол, iзобутанол, пентанол, iзоамiловий спирт, гексанол, октанол, iзооктанол, деканол, ундециловий спирт.
- неполярш: гексан, гептан, октан, iзооктан
- естери: етилацетат, бутилацетат.
повернути в цикл. Вщбуваеться значнi втрати дорогих реагенпв.
Залежнгсть ступеня видалення барвниюв вгд часу флотоекстрагування. Ця залежшсть необ-хiдна для пошуку оптимального часу видалення барвника. Цей дослщ проводиться першим. Оптима-льний час - це найкоротший час, за який видаля-еться максимальна шлькють забруднювача.
Дослщи проводили в iнтервалi вiд 5 хв до 30 хв. (рис. 2). З наведено! залежносп видно, що зi збь
складаеться 13 двох основних стад1и: перенесения
Я
' vvvyy
у у
Оргашчний шар
Рис. 1. Вплив оргатчного екстрагенту на стутнь видалення легкозмиваемого червоного.
льшенням тривалосп процесу ввд 5 до 15 хв збшь-шуеться стyпiнь вилучення барвника. При подаль-шому проведеннi процесу стутнь вилучення про-
довжуе
того, який стyпiнь вилучення необхiдно досягти, потрiбно обирати оптимальний час проведення процесу. В нашому випадку при 15 хв досягаеться
Рис. 2. Залежнкть ступеня вилучення легкозмиваемого червоного барвника eid часу проведення процесу.
.Залежтсть ступеня видалення барвника вгд молярного спгввгдношення ПАР:Барвник. ПАР разом з барвником утворюе пдрофобний комплекс, який взаемодiе з бульбашками газу (азоту) i щдш-
Метою цiеi залежносп було визначення оптимального сшвввдношення ПАР:Барвник. Резуль-тати дослвду представлено на рис. 3.
маеться до границ розподiлy фаз «вода-оргашчна сполука» i поглинаеться оргашчною фазою.
х
1,75
ПАР:Барвник
Рис. 3. Залежтсть ступеню видалення барвника вiд сniввiдношення ПАР:Барвник.
Оптимальне сшвввдношення ПАР:Барвник до-рiвнюе 1:1 (максимальний стутнь вилучення дося-гнуто 97,69 %). При подальшому збiльшеннi шль-косп ПАР ступiнь вилучення продовжуе зростати, але не суттево, тому не рацюнально забруднювати воду зайвою шльшстю ПАР.
Вплив розм1ру бульбашок на ступть вилучення барвниюв, Модель та експериментальш результата вказують на те, що радус бульбашок е ключовим параметром в процесi флотоекстракцi!. Зi зменшен-ням радiусу бульбашок, площа поверхнi бульбашок
Вплив вихiдноi концентраци на стутнь вилучення барвниюв. При зменшенш вихвдно! концентраци ступiнь вилучення зазвичай зменшуеться, осшльки чим нижча к1льк1сть забруднено! речо-вини, тим важче вона видаляеться. Результати дос-лiду приведенi на рис. 5, який не мае яскраво вира-жених спадiв чи mдйомiв при збiльшеннi вихвдно!
збшьшуеться, час перебування бульбашок в коло-нцi з розчином збiльшуеться, що призводить до збь льшення константи швидкостi процесу. Розмiр бульбашок, що використовуеться на практищ, часто менше 100 мкм. Важливо ввдмиити, що це узгоджу-еться з максимальним розмiром бульбашок для по-вного ламiнарного режиму, що дорiвнюе 130 мкм.
Результати дослвду наведено на рис. 4, залеж-шсть мае яскраво виражений спад при збшьшенш розмiру отворiв фiльтра Шотта. Найвищий ступiнь вилучення досягаеться при дiаметрi пор 16 мкм
концентраци. Отримаш результати знаходяться в межах похибки дослвду (4,87 %). Тобто вихщна концентрацiя майже не впливае на перебп процесу. Звичайно, якщо вихiднi концентраци взяти суттево тодi, можливо, залежнiсть матиме зовам ш-ший вигляд.
(95,29 %).
О"-
х"
160
dnop, мкм
Рис. 4. Вплив розмiру бульбашок на стутнь видалення легкозмиваемого червоного барвника.
Рис. 5. Вплив вихгдног концентрацП барвника на стутнь видалення легкозмиваемого червоного.
Таким чином, флотоекстракцшне видалення легкозмиваемого червоного слад проводити процес при молярному сшввщношенш ПАР:Барвник = 1:1, рН 5, тобто без корегування, тривалосп процесу -15 хвилин та об'емi органiчноi фази - 5 см3. При цих умовах досягнуто висош ступенi вилучення барвника, що досягають 90-99 %.
Список лггератури
1. Нестерова, Л.А. Эффективность использования оборотных систем водопотребления на текстильных предприятиях/ Нестерова Л.А., Сарибе-ков Г.С. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2010. - №4/8 (46). - С. 25-28.
2. Чекалин, М.А., Пассет Б. В., Иоффе Б. А. Технология органических красителей и промежуточных продуктов: Учебное пособие для техникумов. 2-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1980. - 472 с.
3. Краснобородько, 1.Г. Деструктивна очистка спчних вод ввд барвнишв, I. Г. Краснобородько - Л. : Хiмiя . 1988. - 192 с.
4. Bi, P.Y. Solvent sublation of dyes / P.Y. Bi, H.R. Dong, N.N. Wang // Chin. Chem. Lett. 18, 2007, 1293.
5. Bi, P.Y. The recent progress of solvent sublation / P.Y. Bi, H.R. Dong, N.N. Wang // a Faculty of Science, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China, 2010
6. Lu, Y.-J. A mathematical model of solvent sublation of some surfactants / Y.-J. Lu, X.-H. Zhu // Talanta. - 2002. - Vol.57. - №5. - P.891-898.
7. Обушенко, Т.1., Толстопалова, Н.М., Астрелш, 1.М. Видалення синтетичних барвнишв 3i спчних вод. // Science. Rise. 2016. №2 (22).
8. Obushenko, T., Tolstopalova, N., Kholmetska, Y. (2017). The removal of indigo carmine from water by solvent sublation. Water and water purification technologies. Scientific and tech-nical news, 1 (21), 31-38.
9. Obushenko, T., Tolstopalova, N., Baranuk, N. (2018). The sol-vent sublation of bromocresol green from waters solutions. Technology audit and production reserves, 2 (3 (40)), 48-53.
