В работе исследовано удаление красителя малахитового зеленого. Для образования сублата использовали додецилсульфат натрия. Экстрагент амиловый спирт. Экспериментально было исследовано влияние на флотоэкстракцию следующих параметров: молярное соотношение ПАВ: краситель, рН водной фазы, длительность процесса извлечения. Согласно полученным результатам, самая высокая степень извлечения красителя (99,7 %) получена при рН 7, мольном соотношении ПАВ:Краситель = 1:1 и продолжительности процесса 25 мин.
Ключевые слова: флотоэкстракция, поверхносно-активное вещество, краситель, амиловый спирт, сточные воды.
Серьезной экологической проблемой является загрязнение водоемов синтетическими красителями, попадающими в воду при их производстве и применении. Современные синтетические красители обладают сложной химической структурой и не распадаются в водных системах. ПДК красителей в сточных водах, которые сбрасываются в водоемы, в зависимости от их типа варьируется от 0,05 до 0,5 мг/дм3. Их содержание в сточных водах многих производств, например красильно-отделочных, многократно превышает предельно допустимые нормы. К сожалению, существующие методы очистки от этих соединений часто несовершенны, неэффективны или полностью отсутствуют. Все это обусловливает необходимость разработки и внедрения эффективных и одновременно недорогих в исполнении и эксплуатации технологий очистки сточных вод от красителей.
Перспективными в этом отношении являются флотационные методы выделения истинно- и коллоидно-растворенных веществ. В частности, флотоэкстракция, являющаяся комбинацией ионной флотации и жидкостной экстракции и сочетающая положительные стороны обоих методов. Под флотоэкстракцией понимают такой флотационный процесс, при котором сфлотированное вещество (сублат) концентрируется в тонком слое органической несмешивающейся с водой жидкости, находящейся на поверхности водной фазы [1].
Следует отметить такие достоинства флотоэкстракции:
– возможность работать с большими объёмами водных объектов, концентрирование которых может легко превысить соотношение 100:1;
– активное вещество, выносится пузырьками газа и поступает в верхний слой гидрофобной жидкости без перемешивания фаз. Таким образом, процесс разделения обеспечивает селективность, потенциально большую, чем другие флотационные процессы;
– равновесный процесс переноса вещества, характерный для экстракции, во флотоэкстракции возможен только на границе раздела фаз, а не в объёме, т. е. процесс флотоэкстракции является неравновесным и не лимитируется константой распределения. Поэтому извлечение незначительных количеств элементов может теоретически достигать 100 %;
– во многих случаях то, что извлекаемое вещество сконцентрировано в органической фазе, значительно облегчает его дальнейшую переработку.
Наибольшей степени извлечения можно достичь, если сублат растворим в органической фазе. При этом наблюдается и сокращение продолжительности флотоэкстракции.
При всех очевидных преимуществах флотоэкстракции, этот метод не нашел широкого промышленного использования, хотя есть целый ряд экспериментальных исследований, которые устанавливают рациональные параметры процесса и все новые области его применения [2–12]. Исследования по применению флотоэкстракции для очистки сточных вод не системны и малочисленны.
На сегодняшний день производство красителей составляет около 10 млн тон/год, до 20 % из них — анилиновые красители, 15 % от выпуска красителей попадают в сточные воды. Цель данной работы — исследовать удаление красителя анилиновой группы малахитового зеленого методом флотоэкстракции и определить рациональные условия процесса.
Процесс флотоэкстракции проводили в цилиндрической стекляной колонке диаметром 35 мм. Через пористый керамический диспергатор подавали воздух. Расход газа контролировали ротаметром. Исходная концентрация красителя 10–100 мг/дм3. Расход газа 40 см3 /мин. Объем модельного раствора 200 см3, объем органічної фази 5 см3. Процесс флотоэкстракции проводили до установления постоянной остаточной концентрации красителя, которую определяли фотометрически. За меру эффективности процесса флотоэкстракции приняли степень извлечения красителя Х, %.
В качестве ПАВ экспериментально (из ряда известных анионних ПАВ) был выбран додецилсульфат натрия. ПАВ вместе с красителем образует гидрофобный комплекс, который взаимодействует с пузырьками газа и поднимается к границе раздела фаз «вода-органический слой» и поглощается органической фазой. В роботе исследовалась эффективность флотоэкстракции для выявления лучшего экстрагента среди спиртов нормальных и разветвленных форм: пентанол, н-амиловый спирт, октанол, изооктанол, бутанол, изобутанол, бутилацетат, гексанол, гептанол, ундеканол. По результатам выбран нормальный амиловий спирт (1-пентанол).
Рис. 1. Влияние органического экстрагента на степень удаления малахитового зеленого.
Изучено влияние рН исходного раствора на эффективность процесса флотоэкстракции (рис. 2). В диапазоне рН 6–9 процесс протекает лучше, однако особенного влияния на процесс изменение рН не имеет, поэтому в дальнейших иссдедованиях рН не корректировали.
Рис. 2. Влияние рН среды на степень удаления малахитового зеленого.
Исследована зависимость степени извлечения от молярного соотношения (рис. 3). В диапазоне молярних соотношений ПАВ:краситель от 0,25:1 до 0,75:1 степень извлечения малахитового зеленого имеет высокие значения и достигает максимального значення при соотношений ПАВ:краситедь = 1:1.
Рис. 3. Зависимость степени извлечения красителя малахитового зеленого от соотношения МЗ:ПАВ.
Рассмотрена эффективность флотоекстракции для разных исходных концентрацияй модельного раствора красителя (5–100 мг/дм3).
Рис. 4. Влияние исходной концентрации на степень извлечения малахитового зеленого.
При уменьшении концентрации исходного раствора наблюдается уменьшение степени извлечения красителя (рис. 4). Так, при концентрации 5 мг/дм3 достигается степень извлечения (54,7 %), поскольку чем меньше исходная концентрация полютанта, тем сложнее его удалить. Максимальное значение удаления (99,7 %) получено для 100 мг/дм3.
Зависимость степени извлечения от продолжительности процеса (рис.5) указывает на то, что от 2 до 20 минут наблюдается постепенное увеличение степени очистки. От 20 до 25 минут степень извлечения красителя достигает максимального значения.
Рис. 6. Зависимость степени извлечения красителя малахитового зеленого от времени проведения процесса.
Иссследованы закономерности извлечения красителя малахитового зеленого в интервале концентраций 5–100 мг/дм3 из модельных водных растворов. Для образования сублата использовали ПАВ — додецилсульфат натрия экстрагент — амиловий спирт. Согласно полученным результатам, наибольшую степень извлечения красителя (99,7 %) получено при рН 7, молярном соотношении ПАВ:краситель = 1:1 и продолжительности процесса 25 мин.
Литература:
1. Астрелін І.М., Обушенко Т.І., Толстопалова Н. М., Таргонська О. О. Теоретичні засади та практичне застосування флотоекстракции: огляд// Вода і водоочисні технології. — 2013.– № 3. — С. 3–23.
2. Обушенко Т.І., Толстопалова Н. М., Астрелін І.М. Видалення сінтетичних барвників зі стічних вод // Science Rise.– 2016.– Т.5.–№ 2(22).–С. 47–53.
3. Оbushenko T., Тolstopalova N., Kulesha O., Astrelin I. Remediation of anionic dye (Bromphenol blue) from aqueous solutions by solvent sublation// «Наукові вісті НТУУ «КПІ", випуск Проблеми хімії та хімічної технології; -2015.-№ 2.- С.125–133.
4. Obushenko T., Tolstopalova N., Kulesha O., Astrelin I. Thermodynamic studies bromphenol blue removal from water using solvent sublation // Chemistry & chemical technology.– 2016.–Vol. 10.– №. 4.–С.515–518.
5. Obushenko T. I., Tolstopalova N. M., Bolielyi A. S. Solvent sublation of methylene blue from water //European science, 2017.– № 4 (26).–Р.10–13.
6. Obushenko T., Tolstopalova N., Kholmetska Y. The removal of Indigo Carmine from water by solvent sublation //Вода і водоочисні технології. Науково-технічні вісті.- № 1(21).- 2017.-С.31–38.
7. Галась М. А., Обушенко Т. І., Толстопалова Н. М. Флотоекстракція аніонних барвників. Активний яскраво-червоний// Молодий вчений.–2017.–№ 5.–С.10–12.
8. Обушенко Т. І., Толстопалова Н. М., Галась М. А. Флотоекстракція барвника метилового фіолетового з водних розчинів // Міжнародний науковий журнал "Інтернаука». — 2018. — № 8.–С. 144–146.
9. Нестерчук О. В. Флотоекстракція барвника активного яскраво-блакитного з водних розчинів / О. В. Нестерчук, Т. І. Обушенко, Н. М. Толстопалова // Молодий вчений. — 2018. — № 4.– С. 384–385.
10. Обушенко Т.І., Астрелін І.М., Толстопалова Н. М., Батюк В. О. Флотоекстракційне видалення барвників із стічних вод / // Зб. тез доповідей І Всеукраїнської Н.-т. конф. «Хімічна технологія: наука та виробництво». — Шостка, Сумський державний ун-т, 7–9.11.2011. — с. 56.
11. Ю. М. Холмецька, Т.І. Обушенко, Н. М. Толстопалова /Флотоекстракція метиленового блакитного з води // Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво: матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції, м. Шостка, 23–25 листопада 2016 року. — Суми: Сумський державний університет, 2016.– С. 96.
12. Obushenko T., Tolstopalova N., Baranuk N. The solvent sublation of bromocresol green from waters solutions//Технологический аудит и резервы производства — 2018.–№ 2/3 (40).– С. 48–53.
