CC BY
18
УДК 628.161.2
Бывальцев Е.А., Пудова Н.Е., Какуркин Н.П.
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ФИКСИРОВАНИЯ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТОВ
Бывальцев Евгений Александрович, магистрант 1 курса кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, e-mail: {HYPERLINK "mailto:ByvaltsevEA@mail.ru"};
Пудова Наталия Евгеньевна, аспирантка кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов;
Какуркин Николай Потапович, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Проведены исследования по подбору условий для фиксирования осаждения алюмосиликата. Показано, что с помощью оптического микроскопа удается зафиксировать осадок при добавлении смешанного индикатора. Выявлено, что соотношение компонентов Al:Si в осадке составляет 1:1. Показано, что доступные антискаланты не оказывают влияния на осаждение выбранного соединения.
Ключевые слова: обратный осмос, водоподготовка, антискаланты, осадкообразование алюмосиликата.
STUDY OF POSSIBILITY OF FIXING OF SEDIMENTATION OF ALUMOSILICATES
Byvaltsev E.A., Pudova N.E., Kakurkin N.P.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
Studies were carried out on the selection of conditions for fixing the deposition of aluminosilicate. It is shown that with the aid of an optical microscope it is possible to fix the precipitate by adding a mixed indicator. It was found that the ratio of Al: Si components in the scale is 1: 1. It is shown that available antiscalants do not influence the precipitation of the selected compound.
Key words: reverse osmosis, water treatment, antiscalants, precipitation of aluminosilicate.
Мембранные методы очистки воды (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос) все чаще используются в процессах водоподготовки. Однако очистка мембран от загрязнений, образующихся в процессе эксплуатации, является более дорогим процессом, чем традиционные способы предподготовки (седиментация, коагуляция, флокуляция)[1].
Эффективные методы предподготовки (умягчение, обезжелезивания, коррекция значения рН) позволяют успешно справляться с предотвращением осаждения таких примесей как: гидроксид железа III, солей жесткости. Однако при повышенных содержаниях диоксида кремния, который также является распространенным примесным компонентом, возникают трудности ввиду отсутствия достаточно продуктивного и экономически эффективного способа
предпоготовки.
Сложность в управлении процесса осадкообразования соединений кремния связана с тем, что SiO2 весьма слабо растворим как в аморфном состоянии, так и в соединениях с катионами различных металлов, содержащихся в воде [2]. Особенно часто кремний вступает во взаимодействие с ионами щелочно-земельных
металлов (Са2+, Mg2+) [3], а также алюминий содержащих ионами, наличие которого в осадке зачастую показывают результаты аутопсии мембраны, работавшей при повышенном содержании SiO2 [4].
В предыдущих исследованиях на кафедре ТНВ и ЭП РХТУ им Д.И.Менделеева были проведены исследования по изучению и предотвращению осаждения силикатов кальция и магния [5].
Задачей данного исследования явилось изучение осаждения алюмосиликатов, образование которых происходит как при повышенных значениях рН ( > 8) , при которых SiO2 и А1 находятся в растворенном виде [1], а также при нейтральных значениях рН, где происходит адсорбция кремниевой кислоты на поверхности аморфного гидроксида алюминия [4].
В наших исследованиях изучение осадкообразования осуществлялось с помощью ранее разработанной нами методики оценки эффективности антискалантов, используемых для подавления образования осадков карбоната кальция, сульфата бария и силикатов кальция и магния. Контроль процесса осуществлялся с помощью оптического микроскопа Levenhuk 40L с цифровой камерой С130. Методика позволяет наблюдать за
выпадением осадка и его изменением во времени в режиме непрерывной съемки или выполняя отдельные снимки, в том числе фиксировать время начала выпадения осадка (время индукционного периода).Интенсивность осадкообразования
определялась переводом фотографий графическим редактором в черно-белую палитру и нахождением программой Apfill ink toner coverage meter процента (%) заполнения фотографии цветом (далее -показатель m). Данный параметр может характеризовать количество образовавшегося осадка. [5].
При выборе условий осаждения алюмосиликата готовились его растворы с различными степенями пересыщения путем одновременного сливания растворов силиката натрия и алюмокалиевых
квасцов и перемешиванием раствора в течение 60 секунд с помощью двухлопастной мешалки при 400 об/мин.
Однако даже при концентрациях А1 в растворе 10 ррт и SiO2 40 ррт зафиксировать осадок нам не удалось (рис. 1а). Измерение электрокинетического потенциала системы показало наличие невысокого положительного заряда 13 мВ, что не позволило нам, как в исследованиях с кремниевой кислотой [6], запечатлеть осадок при добавлении катионного красителя метиленового голубого (рис. 1б).
Добавление смешанного индикатора (метиленовый голубой + алюминон) позволило зафиксировать комплекс при более низких концентрациях (А1 2,5 мг/л, 5 мг/л SiO2, рис. 1в).
Рис.1. Осадок алюмосиликата на 10 минуте без использования красителей (а), с добавлением красителя метиленового
голубого (б), алюминона и метиленового голубого (в).
Полученный таким образом осадок далее наиболее часто используемой во время высушивался и анализировался на компоненты с обратноосмотической очистке воды - 4 мг/л (рис. помощью сканирующего электронного микроскопа 3). (рис.2) и рентгенофазового анализа (РФА). Найдено, что соотношение Al:Si в осадке составляло примерно 1:1.
Рис.3. Зависимость количества осадка алюмосиликата от времени при добавлении различных антискалантов
Рис.2. Фотографии осадка алюмосиликата, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа
Дополнительно была изучена возможность предотвращения осаждения алюмосиликата при выбранных концентрациях с использованием доступных для нас ингибиторов
осадкообразования. Данные исследования проводились при концентрации антискаланта,
Состав использованных представлен в таблице 1.
антискалантов
Таблица 1. Состав использованных антискалантов.
№ образца В состав антискалантов входили:
1 Водный раствор нитрилотриметилфосфоновой кислоты с добавлением сополимеров - поликарбоксилатов в качестве дисперсантов, а также биоцида
2 органические производные фосфоновой кислоты
3 Водный раствор натриевых солей нитрилотриметилфосфоновой (НТФ) кислоты с добавлением синергетической смеси сополимеров поликарбоксилатов
4 Водный раствор нитрилотриметилфосфоновой кислоты с добавлением сополимеров - поликарбоксилатов в качестве дисперсантов, а также биоцида
5 Фосфорорганические в-ва (не менее 57,1%), минеральные в-ва (1,3%), железо (масс. 0,004%), карбоксилсодер-жащие органические в-ва (2,2%)
6 Водный раствор натриевых солей нитрилотриметилфосфоновой (НТФ) кислоты с добавлением синергетической смеси сополимеров поликарбоксилатов
7 Без использования антискаланта
Отрицательный результат в ингибировании образования осадка с использованием антискалантов связан, по нашему мнению, с высокими концентрациями алюминия, не встречающимися в реальных обратноосмотических процессах.
Измерения на анализаторе размеров частиц Nanotrac выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева.
Список литературы
1. Christopher J. Gabelich, and others. The role of dissolved aluminum in silica chemistry for membrane processes. Desalination 180 (2005) р. 307-319.
2. Konstantinos D. Demadis, Eleftheria Neofotistou. Inhibition and Growth Control of Colloidal Silica:Designed Chemica. Department of Chemistry, University of Crete, 2004, p 38-42.
3. Emine Temiz, Nadieh Sookhtanloo. Silica Scale Inhibition in Mechanical Pulping. Department of Chemical and Biological Engineering. Gothenburg, Sweden 201, p. 1-26.
4. Mohannad Malki, Vana Abbas. Controlling aluminum silicate formation in membrane separation processes, The International Desalination Association (IDA), 2013, 1- 23 с.
5. Пудова Н.Е., Морозов А.Н., Жога А.В., Какуркин Н.П. Изучение процессов образования осадков соединений кремния в воде. Успехи в химии и химической технологии, сб. науч. тр. Том XXIX, №3 (162) - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2015. -C. 95 - 97.
6. Афонин П.А., Пудова Н.Е., Какуркин Н.П. Особенности фиксирования осаждения кремниевой кислоты . X международный водно-химический форум, сборник тезисов докладов, 10-14 апреля 2017, С. 89-91
