CC BY
39
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ
УДК 661.183
Акаев Олег Павлович
доктор технических наук, профессор Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова
akaev@list.ru
Гунин Валерий Владимирович
кандидат технических наук Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова
Цветкова Анна Дмитриевна
polaris-ru@yandex.ru
ИЗУЧЕНИЕ ЧИСТЯЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПАСТООБРАЗНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩЕГО ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА ФТОРИДА АЛЮМИНИЯ
В статье рассматривается возможность использования кремнийсодержащего отхода производства фторида алюминия (кремнегеля) как компонента чистящих композиций. Установлено, что введение кремнегеля в базовую композицию способствует увеличению ее чистящей способности.
Ключевые слова: чистящая способность, диоксид кремния.
Производство фторида алюминия на основе гексафторкремниевой кислоты, осуществляется по реакции:
2А1(ОН)3 + Н^6 = 2А№3 + SiO2 • 2Н20 + 2Н20 Кремнегель содержит в своем составе ~80% SiO2 (в пересчете на сухое вещество) [2] и сопутствующие компоненты А№3, А1(ОН)3, H2SiF6 в количествах, в сумме не превышающих 6,0%.
Общее количество диоксида кремния, образующегося при производстве фторида алюминия в стране, оценивают и 40 тыс. т/год. Практически все получаемые кремнийсодержащие отходы сбрасываются в отвалы на открытом воздухе. Подобное нерациональное складирование отходов занимает полезные земельные территории и наносит вред окружающей среде. В связи с этим поиск направлений утилизации кремнегеля является весьма актуальным.
В настоящее время запатентован ряд чистящих композиций, содержащих в своем составе диоксид кремния различного происхождения [3; 4; 5; 7; 8].
Цель данной работы заключается в исследовании свойств чистящих композиций с использованием кремнегеля.
Модифицирование сорбента проводили путем обработки его поверхности одноосновной предельной карбоновой кислотой (пальмитиновой СН3-(СН2)14-СООН) и четырехатомными оксикислотами (двухосновной винной НООС-СНОН-СНОН-СООН и трехосновной лимонной НООС-СН2-С(ОН)(СООН)-СН2-СООН). Содержание модификатора составляло до 15% от общей массы адсорбента. Модифицирование проводили в фар-форой ступке, тщательно растирая композицию при помощи пестика в течение ~ 20 минут.
Методика искусственного загрязнения пластин. На предварительно очищенные модельные металлические пластины равномерно по всей повер-
хности наносили одинаковым слоем и массой (~ 1 г) загрязнитель следующего состава, вес %: олеиновая кислота - 40, сульфат меди - 33, машинное масло - 14, парафин - 13. Пластины имеют одинаковый размер [1].
Методика приготовления чистящей пасты.
1 вариант. К 50 г кремнегеля добавляли 50 мл 1% раствора ДТС - ГК (дветретиосновной соли гипохлорита кальция Са(ОСГ)2^2Са(ОН)2), тщательно перемешивали.
2 вариант. К 85 г кремнегеля, модифицированного выбранными кислотами, добавляли 13 мл 1% раствора ДТС - ГК, тщательно перемешивали.
Используемые составы:
1 композиция: 1%-ный раствор ДТС - ГК.
2 композиция: 1%-ный раствор ДТС - ГК, крем-негель.
3 композиция: 1%-ный раствор ДТС - ГК, кремнегель, модифицированный кислотами (пальмитиновая, винная, лимонная).
Методика проведения эксперимента.
1 вариант. Загрязненные пластины помещали в стаканы с 1% раствором ДТС - ГК. Выдерживали различные интервалы времени (от 5 до 30 мин). Затем пластины извлекали, промывали под струей дистиллированной воды, высушивали при комнатной температуре, взвешивали и определяли чистящую способность пасты (в %).
Чистящую способность рассчитывают по формуле:
m
100% (1)
ти ^ ’
где: - чистящая способность, %; m - масса от-
мытого загрязнителя, г; m - масса исходного загрязнителя, г.
2 вариант. На загрязненные пластины наносили испытуемые чистящие пасты. Выдерживали раз-
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ №» 5, 2012
© Акаев О.П.,Гунин В.В., Цветкова А.Д., 2012
о
X
ю
о
о
о
с
&
время, мин
Рис. 1. Изменение чистящей способности пасты от ее состава.
1 - кремнегель, модифицированный лимонной кислотой, и 1% ДТС - ГК; 2 - кремнегель, модифицированный винной кислотой, и 1% ДТС - ГК; 3 - кремнегель, модифицированный пальмитиновой кислотой, и 1% ДТС - ГК; 4 - исходный кремнегель и 1% ДТС - ГК; 5 - 1% раствор ДТС - ГК.
личные интервалы времени (от 5 до 30 мин). Затем пластины извлекали, промывали под струей дистиллированной воды, высушивали при комнатной температуре, взвешивали и определяли чистящую способность пасты (в %).
В качестве базовой моющей композиции использован раствор ДТС-ГК - дветретиосновной соли гипохлорита кальция Са(ОСГ)2^2Са(ОН)2. Концентрированный раствор и паста ДТС-ГК вызывают коррозию металлов, обесцвечивают ткани, а также раздражают кожу человека, способствуя развитию различных дерматитов. Раствор ДТС-ГК
небольшой концентрации обладает низкой моющей способностью.
Анализ экспериментальных данных показал, что введение в 1%-ный раствор ДТС-ГК кремнегеля, модифицированного органическими кислотами, значительно повышает чистящую способность чистящей композиции. Результаты экспериментов представлены на рисунке 1.
Установлено, что введение исходного кремне-геля в состав базовой композиции увеличивает ее чистящую способность в З,З раза. Модифицирование диоксида кремния оксикислотами способству-
Рис. 2. Зависимость 1п [-1п (1-б)] = f (1п Ґ) для пасты следующего состава:
1 - кремнегель, модифицированный лимонной кислотой, и 1% ДТС - ГК; 2 - кремнегель, модифицированный винной кислотой, и 1% ДТС - ГК; 3 - кремнегель, модифицированный пальмитиновой кислотой, и 1% ДТС - ГК; 4 - исходный кремнегель и 1% ДТС - ГК; 5 - 1% раствор ДТС - ГК.
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ .№ З, 2012
5
Таблица 1
Значения константы скорости взаимодействия компонентов чистящей пасты
с загрязнителем (К • 104), с-1
Добавка Базовая композиция (1%-ный раствор ДТС-ГК)
- 0,49
Кремнегель 1,74
Кремнегель, модифицированный пальмитиновой кислотой 1,79
Кремнегель, модифицированный винной кислотой 2,56
Кремнегель, модифицированный лимонной кислотой 2,77
ет значительному повышению чистящих свойств пасты. При добавлении в композицию кремнегеля, обработанного винной кислотой, чистящая способность возросла в 7,2 раза, а использование в качестве модификатора лимонной кислотой повышает чистящую способность в 8,7 раз.
Изменение чистящей способности композиций, в своем составе содержащих модифицированный кремнегель, связано со свойствами кислот-модификаторов. Диссоциируя, кислоты образуют протоны водорода Н+. На поверхности кремнегеля образуется слой протонов водорода Н+, за счет которых уменьшается отрицательный заряд поверхности, в результате увеличивается дисперсионное взаимодействие кремнегеля и загрязнителя. За счет единственной карбоксильной группы одноосновная пальмитиновая кислота присоединяется к поверхности кремнегеля, поэтому введение в чистящую композицию диоксида кремния, обработанного пальмитиновой кислотой, не приводит к увеличению чистящей способности.
О скорости протекания реакции между загрязнителем и кремнегелем судят по изменению степени очистки поверхности а исходного вещества (загрязнителя) :
т - т
а = —-----, (2)
т
где а - степень очистки поверхности, т - начальная масса загрязнителя, т - конечная масса загрязнителя.
Если известны значения степени очистки поверхности в разные промежутки времени, то опытные точки на графике в координатах 1п [-1п (1-б)] - 1п t должны располагаться на прямой линии. Угловой коэффициент (тангенс угла) этой прямой равен параметру г, а величина отрезка на оси ординат (при 1п t = 0) дает значение 1п к [6]. Результаты представлены на рисунке 2 и в таблице 1.
Проведенные исследования показали, что введение диоксида кремния в базовую композицию, представляющую разбавленный раствор ДТС-ГК, существенно повышает ее чистящую способность,
сохраняя при этом целостность обрабатываемой поверхности. Модифицирование диоксида кремния органическими оксикислотами многократно увеличивает чистящую способность исследуемой композиции, наилучший эффект достигнут при использовании в качестве модификатора лимонной кислоты, что подтверждается значениями константы скорости взаимодействия.
Библиографический список
1. А.с. СССР № 789575. Моющее средство для очистки твердой поверхности / С.П. Толкачев, Л.А. Бибичева. Опубл. в Б.И. - 1980. - № 47.
2. Мурашкевич А.Н., Жарский И.М. Кремнийсодержащие продукты комплексной переработки фосфатного сырья. - Минск: БГТУ, 2002. - 389 с.
3. Моющее средство в виде таблеток, содержащее активатор отбеливания со специфичным размером частиц // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика - 2003. - № 3.
4. Применение частиц производных аустонит-рила в качестве активаторов отбеливания в твердых моющих средствах // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика - 2003. - № 11.
5. Суспензионноэмульсионная система для введения активных ингредиентов // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика - 2003. - № 3.
6. Стромберг А.Г. Физическая химия. - М.: Высшая школа, 2003. - 527 с.
7. Hokkirigawa Kazuo, Akiyama Motoharu, Yoshmura NопуыШ. Полирующий моющий состав для загрязненной поверхности // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика - 2003. - № 12.
8. Hokkirigawa Kazuo, Akiyama Motoharu, Yoshmura ШгіуиШ. Жидкое чистящее средство // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика - 2003. - № 13.
6
Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 5, 2012
