CC BY
11
-\-
Например, бис(2-Метил(диоксиэтилен)метилфенил)дителлурид 8 в кислой среде
гидролизуется до бис(2-ацетилфенил)дителлурида 9, а бис(2-карбоксифенил)дителлурид 10 при обработке его бутилдихлорформиатом в присутствии безводного хлористого цинка превращается в бис(2-хлорформилфенил)дителлурид 11 (16):
Заключение. Интересное соединение состава (2-C6H5C6H4)2Te2l4, было получено на ряду с 2-C6H5C5H4TeI3 П. Шульцем при взаимодействии эквимолярных количеств бис(о-бифенилил)дителлурида и йода в бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде. Молекулярный вес этого лилово-коричневого вещества согласуется со строением 2-C6H5C6H4Tel2-Tel2C6H4C6H5-2. Гидролиз этого производного приводит к исходному дителлуриду в смеси с 2-бифенилил-теллуриновой кислотой.
Библиографический список
1. Mc. Whinnie W., Thavornyutikarn P. - J. Organomet. Chem., 35, 149, 1972.
2. Desjardins C., Paige H., Passmore J. e.a.- J. Chem. Soc., Dalton Trsns., 488, 1975.
3. Paige H., Passmore J. - Inorg Nucl. Chem. Lett., 9, 277, 1973.
4. Dance N., Mc. Winnie W., Jones C. - J. Organomet. Chem., 125, 291, 1977.
5. Dance N., Mc. Winnie W. - Chem. Scripta, 8A, 112, 1975.
6. Seebach D., Beck A. - Chem. Ber., 108, 314, 1975.
7. Petragnani N., Schill G. - Chem. Ber., 103, 2271, 1970.
8. Petragnani N., Toscano V. - Chem. Ber., 103, 1652, 1970.
9. Bonilha J., Petragnani N., Toscano V. - Chem. Ber., 111, 2510, 1978.
10. Садеков И.Д., Максименко А.А., Ривкин Б.В. - ЖОрХ, 19, 616, 1983.
УДК 543.54; 504.4.064.3
З.М.Алиев, И.Х.Хизриева РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ДЕМЕТАЛЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЛЛОИДНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
Z.M.Aliev, I.X.Hizrieva DEVELOPMENT OF RATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL DECISION FOR DEMETALLIZATION LIQUID FOOD PRODUCTS USING COLLOIDAL SILICON DIOXIDE
Приведены результаты экспериментальных исследований по деметаллизации жидких пищевых продуктов с использованием метода коллоидного диоксида кремния. Полученные данные позволили оптимизировать технологические параметры, регулирующие эффективность удаления солей тяжелых металлов, отрицательно влияющих на качество и стабильность виноматериалов.
Ключевые слова: адсорбция, коллоидный раствор, оптимизация процесса, осветление, стабилизация, виноградные вина.
The results of experimental studies for demetallization of liquid food products the colloidal silicon dioxide are resulted. The data allowed to optimize the process parameters governing the efficiency of removal of heavy metals, negatively affecting the quality and stability of wine.
Keywords: adsorption, colloidal solution, process optimization, clarification, stabilization, wine.
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 22, 2011_3.
А-
Коллоидный кремнезоль находит широкое применение при производстве керамики, композиционных и лакокрасочных материалов, буровых растворов, стекол и коагулянтов при очистке воды [1].
Запатентован способ деметаллизации жидких пищевых продуктов кремнезолем [2].
В работе [3] приведены данные по изучению физико-химических свойств кремнезоля и его мицеллярной структуры, включающее определение размера образующихся коллоидных частиц.
В предлагаемой статье приведены результаты применения кремнезоля для улучшения качества жидких пищевых продуктов обработкой золем диоксида кремния.
Одним из способов получения коллоидного раствора диоксида кремния является метод нейтрализации силикатов щелочных металлов неорганическими кислотами [4]. Недостатком данного способа является получение в результате реакции коллоидного золя с большим содержанием сульфата натрия.
Кремнезоль был синтезирован в автоклаве действием диоксида углерода на силикат натрия. Повышенное давление внутри автоклава создавали сжатым газом из баллона и выдерживали систему в течение 1,5 - 2,0-х часов при непрерывном перемешивании для формирования коллоидных частиц. При избыточном давлении до 5,0 МПа в автоклаве образуются свободно-дисперсные системы.
В статье изучены физико-химические свойства коллоидного раствора диоксида кремния, полученного нейтрализацией раствора силиката натрия газообразным С02 под давлением, включающие определение размера коллоидных частиц и реологические параметры. Показано влияние давления и рН на размер частиц и вязкость коллоидного раствора, в том числе реологических свойств получаемых под давлением коллоидно-дисперсных систем. Одной из важных реологических параметров изучения таких систем является вязкость, в связи с чем были проведены вискозиметрические исследования свежеприготовленных систем, чтобы исключить возможность роста вязкости в процессе их старения.
В полученном кремнезоле определяли по известным методикам [4,5] такие физико-химические характеристики, как концентрации оксидов натрия и кремния (методом титрования), средний радиус частиц золя (турбидиметрическим методом), динамическую вязкость (вискозиметрией) и значение рН с помощью иономера И-120.2 (табл.1).
Анализируя строение мицеллы золя диоксида кремния в металлсодержащих растворах, можно заключить, что коллоидная частица БЮ2 имеет отрицательный заряд, а противоионы Ме2, образующие двойной электрический слой - положительный.
В таблице 1 приведены физико-химические показатели кремнезоля.
Таблица 1
Физико-химические показатели кремнезоля.
Характеристики Численные значения характеристик
Концентрация Ш20, % 23,25
Концентрация БЮ2, % 76,69
Размер частиц дисперсной фазы, нм 100 -- 250
Динамическая вязкость, Пас 0,94-Ш"3
рН 8,0-8,3
*-о—
вязкость определяли при 35 С
Механизм взаимодействия ионов металлов с кремнезолем основан на электростатическом притяжении ядром катионов адсорбтива адсорбционного слоя мицеллы. Очистка от катионов металлов в данном случае будет возможна, если они как
-\-
противоионы будут входить в состав частицы гидратированного золя кремнекислоты, и
при отделении его от раствора будут извлекаться вместе с ним.
Важной характеристикой коллоидных систем является размер образующихся частиц, в связи с чем в первую очередь, были проведены исследования по определению среднего размера частиц и критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Для этого, в насыщенном коллоидном растворе диоксида кремния было определено содержание сухого остатка в пересчете на ксерогель ^Ю2), путем выпаривания его при температуре 2200С и последующей сушке осадка весовым методом согласно методике, приведенной в работе [5]. При точности взвешивания 2.10-4 г масса ксерогеля составила 0,05 г в 1 л. Указанный насыщенный раствор в дальнейшем использовали как 'исходный" и путем его аликвотного разведения были получены образцы для дальнейших исследований.
Таблица 2
Опытные данные для определения величин ККМ_
Характеристика Образец
Исх. 1 2 3 4 5
Концентрация по сухому ксерогелю(С, г/л) 0.05 0.0010 0.0015 0.005 0.015 0.025
1п (О -2,996 -6,908 -6,502 -5,298 -4,199 -3,689
Электрическое сопротивление (^ Ом) 169 898 791 386 256 212
Удельная электропроводность (X, См/м) 0,1561 0,0294 0,0334 0,0684 0,1047 0,1245
1п (X) -1,8572 -3,5267 -3,399 -2,6823 -2,2566 -2,0834
Определение величин ККМ проводилось кондуктометрическим методом [6]. Измерения осуществляли с помощью измерительного моста типа Р-568 с использованием платиновых электродов (величина константы кондуктометрической ячейки равнялась 26,3925 см-1). Результаты измерений приведены в табл.2.
Полученные результаты показывают, что коллоидная система состоит из частиц двух типов с соответствующими величинами ККМ: ККМ1 = 0,00123 г/л и ККМ2 = 0,0123 г/л.
Средние размеры коллоидных частиц (г) найдены турбодиметрическим методом с применением фотоколориметра марки КФК-2 [4]. По полученным значениям оптической плотности рассчитывали радиусы частиц по эмпирическим уравнениям Геллера: D = кХ-п и Z = 8лг/Х, где D - оптическая плотность; Z, k и п - эмпирические коэффициенты Геллера, X - длина волны (табл.3).
Таблица 3
Данные для расчета размеров коллоидных частиц_
№ 1йЛ Б № п г
(для образца с ККМ1)
1 315 -6,502 0,27 -0,569 0,633 12,4
2 364 -6,439 0,18 -0,745
3 400 -6,398 0,15 -0,824
4 490 -6,310 0,115 -0,939
5 540 -6,268 0,075 -1,125
6 590 -6,229 0,075 -1,125
7 670 -6,174 0,065 -1,187
8 750 -6,125 0,060 -1,222
(для образца с ККМ2)
1 315 -6,502 0,09 -1,046 0,300 13,8
2 364 -6,439 0,04 -1,398
—1- 3 400 -6,398 0,03 -1,523
4 490 -6,310 0,02 -1,699
5 540 -6,268 0,015 -1,824
6 590 -6,229 0,015 -1,824
7 670 -6,174 0,010 -1,910
Средние радиусы частиц составили: для частиц с ККМ1 - 1,775.10-6 м и для частиц с ККМ2 - 2,262.10-6м.
По результатам экспериментальных данных следует, что коллоидная система достаточно однородна и может быть применена в качестве сорбента-коагулянта для удаления ионов металлов из жидких сред. Исследовали сорбционные свойства кремнезоля соответственно с физико-химическими показателями, для деметализации коньячной продукции с целью исключения кристаллических помутнений и повышения устойчивости продукции, так как содержание ионов металлов, в частности, кальция выше 5 мг/л и железа выше 1,5 мг/л является одной из причин коллоидных помутнений. Содержание катионов меди при производстве напитков также регламентируется нормативными документами. К химическому составу воды, используемой для производства коньяка, предъявляются более высокие нормативные требования, чем к обычной питьевой воде, с целью исключения попадания нежелательных примесных ионов. Предельные концентрации в технологической воде для катионов кальция составляют 2-4 мг/л, а катионов железа - 0,3 мг/л.
В связи с этим была проведена серия опытов по удалению из модельной технологической воды указанных катионов при их совместном присутствии с использованием 2%-ного раствора кремнезоля. Результаты, полученные с применением статистической обработки результатов, приведены в табл.4.
Из таблицы 4 видно, что кремнезоль обладает достаточно высокими сорбционными свойствами и может снизить содержание катионов металлов до предельных значений в технологической воде.
Как показали дальнейшие исследования концентрация кремнезоля и продолжительность сорбции оказывают существенное влияние на эффективность извлечения катионов металлов. При повышении концентрации кремнезоля и увеличении времени сорбции степень извлечения ионов возрастает (табл. 4), что находится в соответствии с изотермой сорбции Гиббса.
Таблица 4
Снижение содержания катионов металлов в модельной технологической воде
кремнезолем.
№ серии опытов Концентрация катионов металлов , мг/л
Необработанная вода Вода после добавления кремнезоля
Ca+2 Fe+3 Ca+2 Fe+3
1. 20 10 3,2 0,25
2. 10 10 1,9 0,21
3. 10 5 1,5 н/обн.
4. 5 5 <1,0 н/обн.
Таблица 5
Влияние концентрации кремнезоля и времени сорбции (т) на степень извлечения катионов
металлов.
Концентрация кремнезоля, % Степень извлечения катионов металлов, %
С^2 * +3 ** Fe
т = 2 мин т = 18 ч т = 2 мин т= 18 ч
2 35,0 65,4 17,1 28,2
4 59,6 100 93,3 96,7
*исходная концентрация катионов меди 3,7 мг/л
**исходная концентрация катионов железа 61,0 мг/л
Оптимальной температурой для деметаллизации технологической воды, как показали эксперименты, является температура не выше 400С (т = 2 мин): температура, 0С 20 30 40 50
концентрация катионов
железа, мг/л 4,2 3,5 <0,2 26,6
Повышение сорбционной эффективности кремнезоля с ростом температуры до 400С вероятно связано с усилением процесса гидролиза солей при повышенной температуре. Однако, при дальнейшем повышении температуры скорость гидролиза солей замедляется и кроме того происходит быстрое "заваривание" силикатного золя из-за преодоления температурного порога коагуляции [6].
В дальнейшем важно было определить сорбционные свойства кремнезоля по отношению к образцам коньячной продукции, содержащих катионы металлов. Предварительными экспериментами было определено оптимальное соотношение объемов коньячной продукции (на примере разливного коньяка) и кремнезоля, которое составило 10:1, о чем свидетельствуют данные таблицы 6.
Таблица 6
Влияние объемного соотношения коньяка и кремнезоля на остаточную концентрацию
ионов кальция (т= 18 ч).
V! 200 200 200 200
V2 5 10 20 30
Са 2+ ,мг/л 14,4 8,2 3,8 2,1
У1 - объем разливного коньяка, мл
У2 - объем 2%-ного раствора кремнезоля, мл
В таблице 7 приведены данные по сорбции кальция из разливного коньяка при дозировке кремнезоля 20 мл 2%-ного раствора на 200 мл коньяка, полученные двумя
независимыми методами анализа.
Таблица 7
_Результаты анализа коньячной продукции на содержание кальция_
Коньячная продукция -коньяк разливной Содержание кальция мг/л
Спектрофотометрический анализ Атомно-адсорбционный анализ
До обработки кремнезолем 18,34±0,08 18,34±0,3
После обработки кремнезолем 3,78±0,03 3,8±0,1
Следующим этапом исследований было определение сорбционной способности кремнезоля по отношению к катионам свинца, кадмия и железа в пробах разливного
коньяка. Результаты исследований представлены в таблице 8.
Таблица 8
_Сорбция катионов металлов кремнезолем изрозливного коньяка_
Вид катиона С * Снач. ** Скон. Степень очистки, % ПДК, мг/л
Сё+2 0,15 0,01 93,3 0,03
и +3 Бе 18,6 0,30 98,4 0,3
РЬ+2 0,318 0,042 86 0,3
РЬ+2 0,418 0,068 85
РЬ+2 0,617 0,068 89
РЬ+2 0,718 0,070 89
РЬ+2 0,920 0,072 92
Снач. - начальная концентрация катионов;
**
Скон. - конечная концентрация катионов
Анализ табличных данных свидетельствует о том, что при обработке розливного коньяка кремнезолем содержание катионов свинца, кадмия и железа можно снизить до предельно допустимых концентраций при их содержании в продукции, превышающее ПДК более, чем в 3 раза.
Синтезированный нами кремнезоль прошел опытную проверку на ООО «Дагвино» на коньячной продукции с положительными результатами.
Следовательно, обработка образцов кремнезолем позволяет улучшить экологические показатели коньячной продукции, повысить ее устойчивость и снизить вероятность появления кристаллических помутнений за счет снижения концентрации токсичных металлов.
Библиографический список:
1. Фролов Ю.Г. Получение и применение гидрозолей кремнезема, М.: МХТИ, 1979, Вып.107, 65с.
2. Пат. № 2272833 России МПК7 С01 В 33/12; В01 О 2/08 Способ осветления и стабилизации виноматериалов/Алиев З.М., Хизриева И.Х., Харламова Т.А., опубл. 27.03.06.
3. Хизриева И.Х., Алиев З.М., Семенов Ю.В., Харламова Т.А, Малофеева Л.С. Использование коллоидного диоксида кремния для повышения качества жидких пищевых сред. Естественные и технические науки.- 2008.- №5.- с.34 - 39.
4. Шабанова Н.А., Саркисов П.Д. Основы золь-гель технологии нанодисперсного кремнезема.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2004.-208с.
5. Семенов Ю. В. Лабораторный практикум по курсу: «Коллоидная химия» для студентов 2-го курса специальности «Инженерная защита окружающей среды». Московский государственный горный университет, 2005.- 49 с.
6. Лыгач В.Н. и др. Исследование и выявление оптимальных параметров кислотного разложения нефелинсодержащего сырья с целью получения гидрогелевых составов для изоляции буровых скважин и обезвреживания жидких отходов. ГИАБ. 2004. - №3. - с.337.
