Оценка возможности использования растительного сырья в качестве сорбентов компонентов сточных вод

Неманова Юлия Вячеславовна; Стокозенко Валерия Германовна; Титова Юлия Вадимовна

Химия растительного сырья. 2012. №2. С. 47-50.

УДК 544.723:677.11:677.027.6:533.9

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ КОМПОНЕНТОВ СТОЧНЫХ ВОД

Институт химии растворов РАН, ул. Академическая, 1, Иваново, 153045

На примере катионного красителя метиленового голубого изучалась возможность применения целлюлозосодержащих отходов в качестве сорбирующих материалов. Показана целесообразность их химической и плазмохимической модификации для повышения сорбционной емкости.

Ключевые слова: сорбция, целлюлозосодержащие материалы, химическая и плазмохимическая модификация, краситель.

Всестороннее использование растительного ежегодно возобновляемого сырья является частью проблемы рационального природопользования. Поиск новых областей применения многотоннажных побочных продуктов переработки постоянно расширяется. Сорбционная очистка сточных вод от красителей -один из наиболее распространенных и эффективных методов. Цель работы - оценка возможности использования волокнистой массы льна-межеумка и хлопковой шелухи для получения сорбентов. Целлюлозосодержащие материалы - сложный комплекс биополимеров линейной и разветвленной структуры с большой молекулярной массой - могут использоваться в данной области. Присутствие в них гидроксильных и карбонильных групп (целлюлоза, гемицеллюлозы), фенольных звеньев (лигнин), карбоксильных групп (пектиновые вещества) обусловливает межмолекулярное взаимодействие (водородные связи) и способность сорбировать воду, полярные молекулы и ионы.

Экспериментальная часть

Нами изучалась сорбция катионного красителя метиленового голубого (0,003 моль/л) нативными, химически и плазмохимически модифицированными волокнами льна-межеумка и хлопковой шелухой. Образцы обрабатывали: хлопковую шелуху - в растворе №ОИ (0,4 г/л 20 мин); или в плазменнорастворной системе (№ОИ 0,4 г/л, 20 мин); льноволокно - в растворе №ОИ (0,4 г/л, 20 мин), затем в растворе №ОИ (4 г/л, 60 мин); плазменно-растворной системе (№ОИ 0,4 г/л, 20 мин), затем в растворе №ОИ (4 г/л, 60 мин). Температура обработки - 100 °С.

Схема плазменно-растворного реактора (объем 1 л) приведена в [1, 2]. Газовый разряд атмосферного

Введение

Неманова Юлия Вячеславовна - младший научный сотрудник, кандидат технических наук, e-mail: [email protected]

Стокозенко Валерия Германовна - старший научный сотрудник, кандидат технических наук, e-mail: [email protected]

Титова Юлия Вадимовна - старший научный сотрудник, кандидат химических наук, e-mail: [email protected]

давления возбуждали в объеме раствора электролита. К воздушно-сухой навеске (1,0 г) исследуемого образца приливали 20 мл раствора красителя, выдерживали 24 ч при 20 °С, периодически отбирая пробу. Поглощение метиленового голубого (664 нм) контролировали спектрофотометрически (8ресоМ М 400). Оценивались брутго-процессы его убыли из раствора, используя гранулированный активный

* Автор, с которым следует вести переписку,

уголь промышленного производства марки БАУ-А, предназначенный для адсорбции органических примесей из водных растворов и Полисорб-1 (продукт сополимеризации стирола и дивинилбензола) как образцы сравнения.

Обсуждениерезультатов

Химическая и плазменно-растворная обработки интенсифицируют протекание сорбционных процессов в хлопковой шелухе, выбирание красителя до концентрации 4,4-Ш-6 моль/л достигалось за 60 мин (рис. 1). Аналогичные закономерности наблюдались и для льноволокна. Процесс сорбции протекает не менее эффективно, чем при использовании образцов сравнения (рис. 2). В случае хлопковой шелухи остаточная концентрация красителя в ~5 раз ниже, чем для активированного угля и препарата Полисорб-1, что связано с большим содержанием в ней лигнина и аморфностью участков содержащейся в ней целлюлозы [3]. Химическая и плазменнорастворная обработки льняного волокна повышают его сорбционную емкость в 1,4-2,6 раза.

Длина волны,нм

Рис.1. Спектры поглощения растворов метиленового голубого при сорбции красителя хлопковой шелухой: а - нативная хлопковая шелуха; б - хлопковая шелуха после щелочной обработки; в - хлопковая шелуха после плазменнорастворной обработки. Продолжительность процесса сорбции: 1 - 2 мин; 2 - 20 мин;

3 - 30 мин; 4 - 60 мин; ш - 120 мин

Длина волны, нм

Рис. 2. Остаточная концентрация метиленового голубого в растворе после сорбции красителя хлопковой шелухой (1), волокном льна-межеумка (2), активированным углем (3) и силикагелем (4).

I - целлюлозные материалы без обработки;

II - после щелочной обработки, III - после плазменно-растворной обработки. Продолжительность процесса сорбции 120 мин

Количество основных центров сорбции в целлюлозных материалах (карбоксильные группы, не связанные водородными связями [4]) при плазменно-растворном воздействии возрастает в 1,5 раза [5], что свидетельствует не только об окислительных процессах в концевых звеньях, но и об образовании карбоксильных групп из вторичных спиртовых ОН- групп и раскрытии пиранозных циклов [6]. Увеличение сорбционной емкости целлюлозных материалов происходит за счет повышения гидрофильности остаточного лигнина [7], и углеводных примесей (пектиновые вещества и гемицеллюлозы). Частичная деполимеризация [8] целлюлозы приводит к дополнительному появлению альдегидных и карбоксильных групп.

Выводы

Таким образом, показана эффективность использования отходов текстильного производства и низкосортного льносырья в качестве сорбентов. Это является вдвойне привлекательным, так как изучаемые материалы являются ежегодно возобновляемыми и могли бы конкурировать с производными целлюлозы из древесины, минимальный срок созревания которой составляет 18-20 лет.

Список литературы

1. Maximov A.I. Physics, Chemistry and Applications of the AC Diaphragm Dis-charge and Related Descharges in Electrolyte solutions // Contr. Plasma Phys. 2007. V. 46, №1-2. Pp. 111-118.

2. Титова Ю.В., Стокозенко В.Г., Максимов А.И. Использование плазменно-растворной обработки для модифицирования лубяных волокон // Электронная обработка материалов. 2009. №1. С. 20-24.

3. Вураско А.В. и др. Физико-химические свойства целлюлозы, полученной окислительно-органосольвентным способом из растительного сырья // Леса России в XXI веке: мат. I междунар. науч.-практ. интернет-конф. СПб., 2009. С. 126.

4. Чалых А.Е. Диффузия в полимерных системах. М., 1987. 312 с.

5. Неманова Ю.В., Титова Ю.В., Ермолаева Н.А., Стокозенко В.Г., Конычева Ю.В., Максимов А.И. Влияние обработки в плазменно-растворной системе на свойства целлюлозы лубяных волокон // Известия вузов. Химия ихимическая технология. 2010. Т. 53, вып. 3. С. 105-107.

6. Садов Ф.И. Химическая технология волокнистых материалов. М., 1969. 783 с.

7. Титова Ю.В., Стокозенко В.Г., Конычева М.В., Максимов А.И. Делигнификация лубяных волокон под действием плазменно-растворной обработки // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2009. Т. 52, вып. 7. С. 110-113.

8. Титова Ю.В., Воронова М.И., Максимов А.И. Влияние обработки газоразрядной плазмой в объеме электролита на свойства целлюлозы // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81, №5. С. 817-820.

Поступило в редакцию 15 апреля 2011 г.

Nemanova Yu.V.*, Stokozenko V.G., Titova Yu.V. THE ESTIMATION OF THE APPLICATION OF PHYTOGENOUS RAW MATERIALS AS SORBENTS OF WASTE WATERS COMPONENTS

Institute of solution chemistry RAS, ul. Akademicheskaia, 1, Ivanovo, 153045 (Russia), e-mail: [email protected]

The possibility of the application of cellulose containing waste products (cotton hulls and crown-flax fibers) towards the sorption of organic dyes was investigated at the example of cationic methylene blue dye. Chemical modification and plasma-chemical treatment were shown to be suitable for the rise of their sorption ability. The effectiveness of sorption materials under study was proved by the comparison with well-known sorbents.

Keywords: sorption, cellulose containing materials, chemical and plasma-chemical modification, dye.

* Corresponding author.

References

1. Maximov A.I. Contr. Plasma Phys, 2007, vol. 46, no. 1-2, pp. 111-118.

2. Titova Iu.V., Stokozenko V.G., Maksimov A.I. Elektronnaia obrabotka materialov, 2009, no. 1, pp. 20-24. (in

Russ.).

3. Vurasko A.V. etc. Lesa Rossii v XXI veke: mat. I mezhd. nauchno-prakt. internet-konf. [Forests of Russia in XXI century: Proc. 1th sci. conf.]. St. Peterburg, 2009, pp. 126. (in Russ.).

4. Chalykh A.E. Diffuziia v polimernykh sistemakh. [Diffusion in Polymer Systems]. Moscow, 1987, 312 p. (in Russ.).

5. Nemanova Iu.V., Titova Iu.V., Ermolaeva N.A., Stokozenko V.G., Konycheva Iu.V., Maksimov A.I. Izvestiia vuzov.

Khimiia i khimicheskaia tekhnologiia, 2010, vol. 53, no. 3, pp. 105-107. (in Russ.).

6. Sadov F.I. Khimicheskaia tekhnologiia voloknistykh materialov. [Chemical technology of fibrous materials]. Moscow, 1969, 783 p. (in Russ.).

7. Titova Iu.V., Stokozenko V.G., Konycheva M.V., Maksimov A.I. Izvestiia vuzov. Khimiia i khimicheskaia tekhnologiia, 2009, vol. 52, no. 7, pp. 110-113. (in Russ.).

8. Titova Iu.V., Voronova M.I., Maksimov A.I. Zhurnalprikladnoi khimii, 2008, vol. 81, no. 5, pp. 817-820. (in Russ.).

Received April 15, 2011

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Неманова Юлия Вячеславовна, Стокозенко Валерия Германовна, Титова Юлия Вадимовна

Текст научной работы на тему «Оценка возможности использования растительного сырья в качестве сорбентов компонентов сточных вод»