Введение к работе
Актуальность проблемы. За последние годы синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) находят все более широкое применение в самых различных отраслях народного хозяйства. Использование их в качестве моющих средств, компонентов отделочных и красильных ванн в текстильной промышленности, эмульгаторов и стабилизаторов в производстве полимерных материалов, пластических масс, синтетического каучука и многих других продуктов химической и нефтехимической промышленности, для повышения нефтеотдачи и в качестве флотореагентов на обогатительных фабриках и т.п. основано, главным образом, на свойстве молекул ПАВ самопроизвольно концентрироваться на межфазных границах раздела, то есть на адсорбционных процессах.
С отработанными производственными растворами ПАВ в больших количествах попадают в сточные воды, приводя к значительному загрязнении водоемов. Поэтому проблема очистки промышленных сточных вод от ПАВ является в настоящее время одной из наиболее насущных задач охраны окружающей среды. Одними из наиболее эффективных процессов, лежащих в основе очистки сточных вод от ПАВ, являются процессы адсорбции, протекающие на границе раствора с поверхностью адсорбентов различного химического строения. Адсорбционные процессы имеют место и при коагуляционной очистке сточных вод. Поэтому развитие теории адсорбции ПАВ из водных растворов на сорбентах различной химической природы важно как для теоретического обоснования использования ПАВ в различных технологических процессах, так и для создания эффективной технологии очистки промышленных сточных вод от этих веществ и сопутствующих им загрязнений.
Хотя в настоящее время имеется значительное число теоретических и экспериментальных работ, освященных исследованию адсорбции растворенных органических веществ из водных растворов, применение установленных закономерностей к адсорбции мицеллообразую-щих поверхностно-активных веществ ограничено спецификой поведения этих соединений в водных растворах. Эта специфика обусловлена ди-фильностыо молекул или ионов ПАВ и выражена в способности водных растворов ПАВ'к обратишм фазовым переходам из молекулярно-дисперсного состояния в мицеллярное. При этом адсорбция из мицелляр-них растворов существенно отличается от процессов адсорбции из молекулярно-дисперсшх растворов, поскольку мицеллообраэование отршиется на величине адсорбции и зависимости ее от концентрации ПАВ в растворе, содержания электролитов или неэлектролитов, а
также на зависимости адсорбции ПАВ различного строения от темпе-ратуры раствора, заряда поверхности сорбента и других факторов. Вследствие сложности взаимодействий, протекающих в таких системах, единое согласованное представление, которое удовлетворительно объясняло бы процесс адсорбции для разнообразных комбинаций ПАВ - твердый сорбент, в настоящее время все еще не выработано.
Целью работы являлось исследование основных закономерностей адсорбции мицеллообраэующих ионных ПАВ из водных растворов на полярных сорбентах, влияние на нее заряда поверхности и ассоциации в растворе ПАВ.
Цель исследования предполагает решение следующих задач:
изучение механизма адсорбции ионных ПАВ полярными сорбентами, как при одноименном, так и при разноименном заряде функциональных групп молекул ПАВ и поверхности сорбента;
изучение влияния ассоциации ПАВ в растворе на характер адсорбции;
выяснения механизма возникновения максимумов на изотермах адсорбции ионных ПАВ на полярных сорбентах после достижения ККІ1 в объеме раствора;
выбор и обоснование количественного критерия возникновения таких максимумов;
изучение адсорбционных свойств образующихся при коагуляцион-.ной очистке сточных вод гидроксидных осадков и возможности их применения для извлечения ионных ПАВ из водных растворов.
Научная новизна. В работе развиты теоретические представления об адсорбции мицеллообраэующих ионных ПАВ на полярных сорбентах из водных растворов. Полученные результаты исследования позволили сделать ряд принципиальных выводов о характере адсорбции в зависимости от типа заряда поверхности сорбента, основных видах адсорбционных взаимодействий, имеющих место в исследованных системах и строении адсорбционных слоев ПАВ на поверхности сорбента. Показано, что адсорбция ионных ПАВ на одноименно заряженном сорбенте осуществляется в результате дисперсионных взаимодействий углеводородных радикалов органических ионов или молекул и атомов поверхности сорбента, при этом адсорбция ионных ассоциа-тов ПАВ становится невозможной вследствие действия сил электростатического отталкивания. Впервые показано, что основной причиной возникновения на изотермах адсорбции максимумов величины адсорбции является не природа взаимодействия ПАВ и сорбента, а кон-
курирующее влияние мицеллярной фазы, приводящее к перераспределению ионов ПАВ между двумя фазами. Путем термодинамических рас-_ четов показано, что количественным критерием появления максимумов может служить разность между свободными онергиями мицеллооб-разования и адсорбции.
Предложен способ оценки молярных объемов ПАВ на основе данных об их поверхностном натяжении.
Практическая значимость работы. Изучены адсорбционные свойства образующихся в результате коагуляционной очистки сточных вод гидроксидных осадков и возможность их применения для извлечения ионных ПАВ из водных растворов.
На основе результатов исследования предложен способ очистки сточных вод красильно-отделочного производства текстильных предприятий от ПАВ и красителей различного химического строения с использованием коагулянта сульфата алюминия и флокулянтов мета-силиката натрия и закрепителя ДЦУ.
На защиту выносятся:
результаты исследования адсорбции ионных мицеллообразующих ПАВ на минеральных заряженных сорбентах;
механизм возникновения максимумов величины адсорбции на изотермах адсорбции ионных ПАВ из водных растворов на полярных сорбентах;
количественный критерий, определяющий коэффициент распределения неассоциированных молекул или ионов ПАВ между двумя конденсированными фазами (сорбентом и мицеллярной псевдофазой);
результаты исследования адсорбционных свойств образующихся при коагуляционной очистке сточных вод гидроксидных осадков;
способ очистки сточных вод текстильных предприятий от ПАВ и красителей различного химического _ кроения.
Апробация работы. Основные результаты работы были долонены на Сессии научного Совета по адсорбентам (Кишинев, 1985), УП 'научной конференции ИКХХВ АН УССР (Киев, 1985), УІ Всесоюзной конференции по теоретическим вопросам адсорбции (Москва, 1986), X научной конференции ИКХХВ АН УССР (Киев, 1988), УП Всесоюзной конференции по ПАВ и сырью для их производства (Белгород, 1988), семинаре "Состояние и перспектива развития очистки воды"(Киев,' ' 1938), Всесоюзной конференции "Коагулянты и флокулянты в очистка природных и сточных вод (Одесса, 1988), Республиканской научно-технической конференции "Актуальные проблемы совершенствования управления природопользованием и охраны окружающей среды" (Чер-
_ 4 -
кассы, 1988).
Публикации. По материалам работы опубликовано II печатных работ в республиканских и всесоюзных изданиях.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 149 страницах, содержит 14 таблиц, 26 рисунков. Список использованной литературы состоит из 173 наименований.