Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I
1 Аналитический обзор 9
1.1 Общая характеристика производственных сточных вод мясоперерабатывающих предприятий 9
1.2 Методы очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий
1.2.1 Механические методы очистки 17
1.2.2 Физико-химические методы очистки 17
1.2.3 Химические методы очистки 25
1.2.4 Биологические методы очистки 27
ГЛАВА II
2 Объекты и методы исследования 29
2.1 Используемые реактивы, материалы и оборудование 29
2.2 Условия проведения эксперимента 2.2.1 Статический метод 31
2.2.2 Динамический метод 2.3 Основные характеристики исследуемых сорбентов 33
2.4 Методика приготовления модельного раствора 34
2.5 Методика приготовления фитосорбента на основе некарбонизированных стержней початков кукурузы 36
2.6 Физико-химические методы анализа 36
2.6.1 Методика определения остаточного содержания А1(Ш) и Fe(III) в модельном растворе 36
2.6.2 Методика определения остаточного содержания сульфат - ионов в модельном растворе 38
2.6.3 Методика определения ХПК сточной воды 39
2.6.4 Методика определения содержания органических веществ в модельном растворе 40
2.6.5 Методика определения электрокинетического потенциала 40
2.6.6 Методика определения удельной поверхности сорбента... 42
2.6.7 Методика определения пористости сорбента 44
ГЛАВА III
3 Экспериментальная часть и обсуждение результатов 47
3.1 Физико - химические основы процесса коагуляции 47
3.1.1 Сравнительная оценка эффективности использования различных коагулянтов для очистки модельного раствора содержащего органические вещества 52
3.1.2 Исследование факторов, влияющих на процесс очистки модельного раствора методом коагуляции 58
3.1.3 Влияние концентрации и вида коагулянта на величину остаточного алюминия(Ш), железа(Ш) и сульфат -ионов в очищенных модельных растворах 64
3.1.4 Изучение механизма коагуляции модельного раствора с применением смешанного коагулянта 66
3.2 Исследование физико — химических процессов при сорбционной очистке модельного раствора 71
3.2.1 Исследование адсорбционно-структурных характеристик фитосорбента на основе стрежней початков кукурузы 72
3.2.1.1 Определение удельной поверхности фитосорбента 72
3.2.1.2 Определение пористости фитосорбента 77
3.2.2 Очистка модельного раствора с применением пенополиуретана, цеолита, вермикулита и фитосорбента .. 80
3.2.2.1 Очистка модельного раствора от жира 80
3.2.2.2 Очистка модельного раствора от белка 87
3.2.2.3 Очистка модельного раствора от органических веществ.. 92
3.3 Контактная коагуляция на фитосорбенте с применением
смешанного коагулянта 97
Выводы 107
Список использованной литературы
- Методы очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий
- Методика приготовления фитосорбента на основе некарбонизированных стержней початков кукурузы
- Исследование факторов, влияющих на процесс очистки модельного раствора методом коагуляции
- Очистка модельного раствора с применением пенополиуретана, цеолита, вермикулита и фитосорбента
Введение к работе
з Актуальность работы
Одной из глобальных проблем современности является защита водных ресурсов от истощения и загрязнения. Причина истощения связана не столько с большим расходом воды на промышленно-хозяйственные нужды, сколько с огромным количеством загрязненных стоков, которые сбрасываются в водоемы и делают воду непригодной для использования. Именно поэтому на реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4 % национального дохода, при этом основная масса затрат связана с получением новых коагулянтов и сорбентов.
Краснодарский край характеризуется высокоразвитым агропромышленным комплексом (АПК), который оказывает большую экологическую нагрузку на окружающую среду. В состав АПК входят мясоперерабатывающие предприятия, которые потребляют значительное количество питьевой воды, большая часть которой (до 80%) возвращается из технологических цехов в окружающую природную среду в виде сильнозагрязненных сточных вод с высокими значениями биохимического потребления кислорода (БПК) и химического потребления кислорода (ХПК). Они представляют серьезную опасность для естественных водоемов в санитарно-эпидемиологическом отношении, и обогащают гидроэкосистемы питательными веществами, что приводит к проблеме их эвтрофикации.
Характерной особенностью сточных вод мясоперерабатывающих предприятий является значительное содержание в них белков и липидов. При этом жиры и белки в водной среде способны трансформироваться как химически, так и с участием анаэробных бактерий с образованием веществ, обладающих высокой токсичностью.
Поэтому разработка высокоэффективных экозащитных методов очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий является на сегодняшний день актуальной задачей. Для ее решения необходим поиск оптимального коагулянта, доступного и дешевого сорбента, а также изучение физико-
4 химических аспектов минимизации воздействия органических примесей, содержащихся в сточных водах на водные экосистемы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с НИР Кубанского государственного технологического университета «Научные исследования высшей школы в области химии и химических продуктов». Целью работы является поиск и исследование новых сорбционных материалов на основе отходов переработки растительного сырья для снижения антропогенного воздействия сточных вод мясоперерабатывающих предприятий на окружающую природную среду.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Обобщить представления о производственных сточных водах
мясоперерабатывающих предприятий, методах их очистки, а также
коагулянтах и сорбентах применяемых в промышленности.
Разработать основы физико-химических методов очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий на основе смешанного коагулянта. Провести оценку его эффективности по сравнению с традиционно используемыми коагулянтами.
Изучить адсорбционно - структурные свойства сорбента на основе отходов растительного сырья. Провести сравнительную оценку эффективности очистки сточных вод различными минеральными и синтетическими сорбентами.
Теоретически и экспериментально обосновать возможность применения контактной коагуляции, как способа очистки сточных вод от жировых и белковых загрязнителей.
Научная новизна:
Изучена электрокинетика и предложен механизм процесса коагуляции с применением смешанного коагулянта на основе сульфатов А1(Ш) и Fe(III) в модельных растворах, установлены оптимальные условия проведения процесса. Экспериментально доказана целесообразность его применения для очистки сточных вод.
Получен новый фитосорбент на основе стержней початков кукурузы, определены его адсорбционно - структурные характеристики,
5 показаны особенности механизма сорбции липидов и белков на предложенном сорбенте.
Обоснована и экспериментально подтверждена возможность применения контактной коагуляции для очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий. Установлены оптимальные параметры процесса. Практическая значимость работы
Усовершенствованы, ориентированные на реализацию в промышленности, схемы локальной очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий различной мощности.
Предложен новый способ очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий, основанный на контактной коагуляции, повышающий эффективность очистки и минимизирующий воздействие органических примесей на окружающие экосистемы.
Теоретические аспекты работы используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу «Экология» для студентов технологических специальностей КубГТУ.
Научная новизна подтверждена получением патента РФ №87925. «Комплексная технологическая линия очистки сточных вод». Бюллетень №30. Опубл. 27.10. 2009г На защиту выносятся:
Оценка эффективности применения смешанного коагулянта для очистки модельных сточных вод мясоперерабатывающих предприятий.
Результаты экспериментального исследования механизма сорбции с применением фитосорбента на основе некарбонизированных стержней початков кукурузы.
Технические решения по снижению загрязнения водных объектов путем повышения эффективности очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на V Всероссийской научно-практической конференции «Водохозяйственный комплекс России: состояние, проблемы, перспективы» Пенза, октябрь 2007г.,
6 Международной научной интернет - конференции «Инновационные технологии» США (Нью-Йорк), 19 - 27 декабря 2007г., Международной научной интернет-конференции «Приоритетные направления, развития науки, технологий и техники» Египет (Шарм - эль - Шейх), 20 - 27 ноября 2008г., Всероссийской научно-технической конференции «Экология и безопасность в техносфере» Орел, октябрь - декабрь 2008г., XI Международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» Пенза, апрель 2009 г., XIII международной научно-практической конференции «Экологические проблемы современности» Майкоп, май 2009г.
Публикации: Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 статьях и 3 тезисах докладов.
Структура и объем работы: Диссертационная работа, изложена на 133 страницах машинописного текста, из них 25 рисунков, 21 таблица. Работа состоит из введения, обзора литературы, методической и экспериментальной части, общих выводов, двух приложений и списка литературы из 133 наименований работ российских и зарубежных авторов. Основное содержание работы
Методы очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий
Вода используется для мойки технологического оборудования, трубопроводов тары, мытья полов, производственных помещений, для работы технологических и паросиловых установок, а также для хозяйственно - бытовых нужд.
Сточные воды предприятий мясной промышленности относятся к категории высококонцентрированных по органическим загрязнениям и представляют собой сложные многокомпонентные и полидисперсные системы. По фазово-дисперсному составу 20% приходится на грубодисперсные взвеси, около 40% - на надколлоидные, около 20% - на коллоидные и 20% - на растворимые примеси. Более 70% загрязнителей составляют жиро - белковые комплексы, предрасположенные к гнилостным анаэробным процессам, сопровождающимися образованием летучих веществ с неприятным запахом [11 - 14].
Особенностью состава сточных вод мясоперерабатывающих предприятий является высокое содержание жира, белков, крови, частиц мяса, и других органических веществ в устойчивом коллоидном состоянии. Таким образом, сточные воды мясоперерабатывающих предприятий представляют собой разбавленные эмульсии, отличающиеся высокой агрегативной и седиментационной устойчивостью. Кроме того, в сточных водах могут содержаться поваренная соль, нитриты, фосфаты, щелочи, кислоты, моющие и дезинфицирующие вещества. Эти вещества увеличивают загрязненность воды и придают ей способность вспениваться [17, 18, 19, 62, 74].
По характеру загрязнений сточные воды мясоперерабатывающих предприятий подразделяются на: загрязненные жирные, загрязненные нежирные (каныгосодержащие, навозосодержащие), инфицированные (частично загрязненные жирные).
Наиболее опасные для нормальной эксплуатации канализационных сетей и очистных сооружений являются загрязненные жирные производственные сточные воды, составляющие 45 - 55% от общего стока мясокомбинатов. Величина общего стока мясокомбината обуславливается объемом потребляемой воды, зависящим от принятой технологии производства, эксплуатируемого оборудования, мощности предприятия, сменности работы цехов основного производства, ассортимента выпускаемой продукции, состояния нормирования водоснабжения и других факторов[16].
Загрязняющие вещества в жирных сточных водах мясокомбинатов обычно находятся в виде грубодисперсных примесей - суспензий и эмульсий с частицами размером более 0,1 мкм и в виде высокодисперсных примесей -коллоидных систем с частицами размером от 0,1 до 0,001 мкм.
В жирных промышленных стоках имеются примеси неорганического, минерального происхождения — частицы глины, гравия, песка и т.д. Примеси органического происхождения - остатки сырья, корма, навоза, в том числе: частицы мышечной ткани, соединительной, жировой тканей, кровь, волос, жир топленный, шерсть, каныга и т. д.
Содержащиеся в сточных водах мясокомбинатов жиры при температуре не выше 15 - 20 С находятся в твердом состоянии. При сбросе сточных вод с температурой около 40 С частицы жира находятся в размягченном или подплавленном состоянии. При температуре 15 С удельный вес жиров колеблется в пределах 0,90 — 0,96. Основным компонентом животных жиров (липидов) являются триглицериды, в структуре которых преобладают неполярные углеродные группы. В животных жирах также присутствует небольшая доля моно, - и дисахаридов, а также свободных жирных кислот. В воде жиры практически не растворяются и образуют эмульсии с различными размерами дисперсной фазы. Стабилизаторами эмульсий могут быть вещества, молекулы которых обладают, кроме неполярных группировок, еще и нессиметричными полярными. Сточные воды мясокомбинатов содержат достаточное количество эмульгаторов, в первую очередь белков, и представляют собой плохо расслаивающуюся смесь, в которой жиры присутствуют как в эмульгированном, так и в суспендированном состоянии. Большинство белков мяса относятся к полноценным (содержащим все незаменимые аминокислоты). В состав мяса и мясопродуктов входят простые и сложные белки, в том числе водо -, соле-, и щелочерастворимые, а также белки пигменты, отвечающие за цвет продукта. Белки различаются не только химическим и пространственным строением, но и размерами частиц, а также формой молекул. Последняя, включает две группы - фибриллярные и глобулярные, отличающиеся физико — химическими свойствами, прежде всего растворимостью в воде, солевых и водных растворах полярных растворителей, а также способностью к денатурации, к гидролизу и другим превращениям.
Преимущественное содержание в стоках органических примесей проявляется в активном поглощении растворенного кислорода из воды и нарушении кислородного баланса. Преобладание минеральных включений может изменить солевой состав воды и при дальнейшем использовании вода может оказаться химически опасной [65, 75].
Для характеристики производственных сточных вод мясоперерабатывающих предприятий учитывают температуру, цвет, запах, прозрачность и щелочность.
Показатель щелочности определяют для оценки буферной устойчивости воды по отношению к кислотам и щелочам. При низких значениях рН обработка воды становится менее эффективной. Производственные сточные воды мясоперерабатывающих предприятий характеризуются слабощелочной реакцией.
Протекание аэробных процессов зависит от сезонных температурных условий: интенсивность биологических реакций резко снижается при повышении температуры до 34 - 40 С и понижается при 0 С [27].
Органические вещества в стоке претерпевают биохимические изменения: окисляются до диоксида углерода, и азото- фосфоро- и серосодержащих соединений, ассимилируются в биомассе (иле), превращаются в другие органические вещества, либо вовсе не разлагаются биологически.
Методика приготовления фитосорбента на основе некарбонизированных стержней початков кукурузы
Цеолиты (Na2K2Ca)0-Al203-nSi02-mH20 — природные материалы вулканического происхождения, состоящие из пористых кристаллических алюмосиликатов. Основными составляющими природных цеолитов являются оксиды алюминия и кремния, помимо которых присутствуют также оксиды титана, железа, магния, фосфора и др.
Цеолиты по структуре представляют иониты с трехмерной «каркасной» решеткой, состоящей из тетраэдров, образованных из атомов кремния и атомов кислорода. Множество элементарных тетраэдров составляют основу кристаллической структуры минерала, при этом общий объем пустот и каналов, пронизывающих весь кристалл, может составлять до 50% общего объема [129].
Фитосорбент на основе стрежней початков кукурузы - представляет собой природный пентозансодержащий биополимер, содержащий в своем составе структурные звенья . Адсорбционно-структурные характеристики фитосорбента описаны в разделе 3.2.1.
Реальные жиросодержащие сточные воды мясоперерабатывающих предприятий при температуре 15 - 20 С содержат жиры в виде частиц мазеобразной консистенции, которые могут легко деформироваться в процессе обработки, а также примеси частиц неправильной формы (белки), что сильно затрудняет проведение экспериментальных исследований и математических расчетов. Поэтому экспериментальные исследования проводились на модельных растворах. Нами были приготовлены модельные растворы животного жира, сывороточного белкового альбумина и модельный раствор, содержащий органические вещества (жир и белок).
В процесс приготовления жиросодержащего модельного раствора готовили водяную баню, нагретую до 80 С. В трехгорлую круглодонную колбу объемом 1000 мл с мешалкой и обратным холодильником помещали 500 мл воды и при интенсивном перемешивании медленно добавляли 750 мг расплавленных животных жиров, стабилизированных путем добавления 50 мл говяжьего бульона. Перемешивание проводили до образования эмульсии однородной консистенции. Затем приготовленную высокодисперсную эмульсию охлаждали до комнатной температуры. Такая модельная смесь позволяет проводить экспериментальные исследования при температуре окружающего воздуха 15-20 С, при этом частицы жира не затвердевают и сохраняют строго сферическую форму.
Для приготовления модельного раствора содержащего белок, в колбу объемом 1000мл добавляли 1000мг сывороточного белкового альбумина и интенсивно перемешивали.
Модельный раствор, содержащий органические вещества (жир и белок) готовили следующим образом: к предварительно подготовленному раствору сывороточного белкового альбумина, добавляли расплавленный животный жир при интенсивном перемешивании до образования однородной эмульсии. В данном случае роль стабилизатора выполнял раствор сывороточного белкового альбумина.
Концентрация жиров в модельном растворе составила 1500 мг/л, концентрация сывороточного белкового альбумина - 1000 мг/л. Данные значения концентраций жиров и белка были взяты, для того чтобы максимально приблизить состав модельного раствора к составу истинного раствора сточной воды мясокомбината. 2.5 Методика приготовления фитосорбента на основе некарбонизированных стрежней початков кукурузы
Для приготовления фитосорбента брали 1 кг кукурузных початков, механически отделяли губчатую часть сердцевины кукурузной кочерыжки. Масса выделенного губчатого стержня составила 200-250 г. Полученную массу помещали в цилиндрический сосуд для пропарки, внутри которого находилась перегородках отверстиями, пар подавался из паровика в течение 3-х часов. После прохождения через слой сорбента пар направлялся в прямой холодильник, где проходила его конденсация. Обработка водяным паром способствует удалению низкомолекулярных балластных веществ, а также развитию микро - и мезопор в исследуемом сорбенте. После 3-х часовой паровой обработки сорбент выгружали, рассыпали тонким слоем 1-1,5 см и высушивали в сушильном шкафу при температуре ПО - 120С, до постоянной массы в течение 7-8 часов. Затем сорбент измельчали на шаровой центробежной мельнице «Pulver-isette 6» и просеивали на стандартных ситах с размерами отверстий от 0,5 до 6мм по ГОСТ 16187-70 [105]. Подготовленный сорбент хранили в эксикаторе над обезвоженным хлоридом кальция.
Исследование факторов, влияющих на процесс очистки модельного раствора методом коагуляции
Существует точка зрения, что при гидролизе солей алюминия и железа (III) существенным моментом является димеризация, повторение которой с углублением гидролиза приводит к образованию осадка. Для алюминия наиболее вероятной структурой димера является [(Н20)ПА10Н]24+. Для железа наиболее вероятной структурой димера признана [(H20)nFeOH]24+ [72,73].
Высокая адсорбционная способность гидроксокомплексов по сравнению с катионами А1 и Fe связана с большей их гидрофильностью и усилением ковалентных связей между атомами металла и специфическими участками поверхности твердой фазы [58,120].
Гидратированные гидроксиды выделяются из воды в виде твердых частиц. Процесс образования гидратированных гидроксидов алюминия и железа протекает в три стадии: 1) гидролиз; 2) возникновение в пересыщенном растворе первичных частиц - зародышей твердой фазы; 3) рост зародышей и превращение их в частицы микроскопических размеров.
В результате развития коагуляционных процессов возникают сверхмицеллярные коллоидные структуры. Возникновение этих структур вызвано тем, что агрегаты частиц золей гидроксидов алюминия и железа имеют неправильную форму, на отдельных участках их поверхности снижен термодинамический потенциал и мала концентрация компенсирующих ионов. При соприкосновении этих участков происходит слипание агрегатов. С другой стороны, участки с повышенным потенциалом, принадлежащие различным частицам, отталкиваются друг от друга, раздвигая агрегат. Равновесие между силами сцепления частиц и отталкивания приводит к формированию структур, состоящих из пространственных ячеек, внутри которых заключена вода. При достаточной концентрации дисперсной фазы сверхмицеллярная структура охватывает весь объем коллоидного раствора. Из-за постепенного увеличения прочности связи на отдельных участках коагуляционных структур появляются механические напряжения, и возникает разрыв связи на отдельные хлопья. Образование хлопьев при введении в воду минеральных коагулянтов следует рассматривать как совместную коагуляцию гидроксидов алюминия и железа с находящимися в воде органическими веществами. Этот процесс можно рассматривать как адсорбцию высокодисперсных первичных частиц положительно заряженных продуктов гидролиза коагулянтов на активных отрицательно заряженных центрах поверхности более крупных частиц белков и липидов коллоидной степени дисперсности.
Последующая коагуляция может происходить благодаря уменьшению термодинамического потенциала (заряда) поверхности и снижению энергетического барьера между самими коллоидными частицами. При этом образуются агрегаты мозаичной структуры. Возникшие агрегаты сложного состава в результате дальнейшего коагуляционного структурообразования превращаются в крупные хлопья.
Современные представления о строении коллоидных частиц основываются на физическом (адсорбционном) подходе к рассмотрению механизма возникновения коллоидных мицелл, а также на учете возможных химических взаимодействий при их формировании. Согласно физической теории, возникновению коллоидных частиц предшествует формирование агрегатов (кристалликов) из молекул, атомов или ионов, составляющих дисперсную фазу. На поверхности такого кристаллика адсорбируются ионы, способные достраивать его кристаллическую решетку, так называемые потенциалопределяющие ионы. Агрегат молекул вместе с потенциалопределяющими молекулами составляет электрически заряженное ядро мицеллы. К заряженному ядру из окружающего раствора электростатическими силами притягиваются ионы противоположного знака (противоионы), компенсирующие заряд потенциалопределяющих ионов. Таким образом, на поверхности твердой фазы формируется двойной электрический слой, внутреннюю обкладку которого составляют потенциалопределяющие ионы, а внешнюю - противоионы. В целом образуется электронейтральный комплекс — мицелла. Прочность связи противоинов, входящих ДЭС, с ядром мицеллы различна. Противоионы находящиеся на очень- близком! расстоянии от ядра удерживаются электростатическими и адсорбционными силами вблизи его поверхности. Остальные противоионы, отстоящие от ядра на; большем расстоянии, преодолевают потенциальную энергию поля поверхности и благодаря молекулярному тепловому движению отделяются от нее, образуя диффузную часть двойного слоя. Ядро, и прочно связанные с ним противоионы представляют собой коллоидную часть, несущую электрический заряд.
Ниже представлено схематическое строение мицеллы золя оксогидроксида железа полученного вследствие гидролиза сульфата железа(Ш): {[mFeOOH]2nFeO+-(n-x)S042}2x+xS042"
Она состоит из ядра; образованного FeOOH из адсорбционно связанных с ним потенциалопределяющих ионов ЕеО+ и некоторого количества сульфат - ионов [(n-x)S04 ] , в результате чего коллоидная частица имеет положительный заряд. Входящие в состав частицы противоионы S042" составляют плотную часть двойного электрического слоя. Остальные противоионы S04 " образуют диффузную часть двойного слоя и вместе с коллоидной частицей составляют мицеллу золя оксогидроксида железа;
Строение мицеллы золя гидроксида алюминия полученного в результате гидролиза сульфата алюминия имеет следующий вид: {[тА1(ОН)з]2п Al(OH)2+-(n-x)S042-}2x+xS042 Мицелла золя гидроксида алюминия состоит из ядра, образованного А1(ОН)3 из адсорбционно связанных с ним потенциалопределяющих ионов А1(0Н)2 , инекоторого числа сульфат - ионов [(n-x)S04 "], в результате чего коллоидная частица имеет положительный заряд. Входящие в состав частицы противоионы SO/ составляют плотную часть двойного электрического слоя. Остальные противоионы SO4 " образуют диффузную часть двойного слоя и вместе с коллоидной частицей составляют мицеллу золя гидроксида алюминия.
Наличие двойного электрического слоя на поверхности частиц и особенности его строения играет важную роль не только в процессе формирования и сохранения устойчивости коллоидных систем, но и определяет присущие высокодисперсным системам электрокинетические свойства - потенциалы протекания и седиментации, явление электрофореза [36,57,131].
Очистка модельного раствора с применением пенополиуретана, цеолита, вермикулита и фитосорбента
Из рисунков 13 и 14 видно, что адсорбционная емкость по жиру и степень его извлечения выше у ППУ (соответственно А=140 мг/г и а= 93%). Это связано с тем, что ППУ представляет собой пористый полимерный материал. Адсорбция жира внутри пор осуществляется за счет энергии адгезии молекул жира с молекулами ППУ. Основным компонентом животных жиров являются триглицериды, в структуре которых преобладают неполярные углеродные группы. Известно, что неполярные сорбенты лучше адсорбируют на своей поверхности неполярные сорбаты, что обуславливает высокую адсорбционную емкость ППУ по отношению к жиру. Однако после полного насыщения жиром ППУ сорбент необходимо регенерировать, для чего требуется большой расход органических растворителей.
Стержни кукурузных початков имеют пространственно - губчатую структуру, при контакте с жирной пленкой на поверхности воды, происходит преимущественно сорбция жира, механизм которой объясняется неспецифическим взаимодействием молекул липидов с поверхностью сорбента. Сорбция жира протекает за счет взаимодействия адсорбционно -сольватных слоев сорбента с солюбилизированным жиром в мицелле ПАВ (желатина, являющегося составной частью бульона, который использовался для стабилизации модельного раствора).
Модель сорбции жира сорбентом на основе стержней початков показана на рисунке 15. Хотя этот сорбент характеризуется сравнительно низкими показателями (А=108мг/г и а=75%), но после полного насыщения жиром, нет необходимости затрат на дальнейшую регенерацию, так как отработанный сорбент представляет собой дешевый материал содержащий питательные вещества. І j "
Модель сорбции жира сорбентом на основе стержней початков кукурузы 3.2.2.2 Очистка модельного раствора от белка Сорбция белка может быть обусловлена рядом факторов: 1) диффузией макромолекул из объема водного раствора на границу раздела; 2) энергетическим барьером процесса выхода макромолекул на поверхность; 3) поверхностной диффузией макромолекул; 4) возникновением структуры адсорбционного слоя, вследствие выделения новой фазы [67, 103]. На основе проведенного эксперимента выявлено, что пенополиуретановый сорбент практически не сорбируют белок из раствора.
Сорбционную активность цеолита, вермикулита, фитосорбента на основе стержней початков кукурузы по отношению к сывороточному белковому альбумину, как и жира, определяли в статических условиях.
Для исследования сорбционной емкости образцы сорбентов по 2 г помещали в конические колбы и добавляли 200 мл раствора белка концентрацией 1000 мг/л. Время сорбции составило 90 минут. Отбор проб производился через каждые 15 минут. Раствор периодически перемешивали, после чего твердую фазу отделяли декантацией, определяли мутность раствора и содержание в нем остаточного белка. Мутность раствора определяли по изменению оптической плотности на КФК - 2 при длине волны 540 нм. Остаточное содержание белка определяли методом Лоури с использованием калибровочных кривых [59, 68].
Сорбционную емкость сорбентов и степень извлечения белка из раствора определяли по формулам 1,2.
На рисунке 16 показана зависимость оптической плотности от времени контакта образцов сорбентов с раствором белка. Из рисунка видно, что оптическая плотность со временем уменьшается, что говорит о способности сорбентов извлекать из растворов белок. На рисунке 17 показана кинетика сорбции белка исследуемыми сорбентами. График зависимости степени извлечения белка из раствора от времени сорбции представлена на рисунке 18.
Зависимость степени извлечения белка от времени сорбции. Механизм сорбции белка обусловлен взаимодействием противоположно заряженных групп поверхности сорбента и молекул белка. В структуре предлагаемого нами сорбента в качестве структурных звеньев макромолекулярных цепей имеются остатки пентоз, которые имеют функциональные ОРТ группы, адсорбция белка на поверхности сорбента на основе стрежней початков кукурузы объясняется специфическим взаимодействием ОН" групп с полярными функциональными группами в структуре белка. В процессе адсорбции макромолекулы белка теряют третичную структуру, что приводит к пространственной доступности к функциональным группам белка. Это определяет высокую эффективность очистки от белковых соединений с помощью сорбента на основе стержней початков кукурузы.
