Введение к работе
Актуальность работы. Широкое применение в технике и быту поверхностно-активных веществ (ПАВ) привело к тому, что в настоящее время их считают самыми распространенными органическими поллютантами в водоемах. Необходимость предупреждения их попадания в природные источники обозначилась после того, как стали известны факты отрицательного влияния ПАВ на организм человека и водные экосистемы: они изменяют состав крови, снижают иммунитет, способствуют развитию атеросклероза, способны накапливаться в мозге, печени. ПАВ ускоряют всасывание в ткани рыб других токсичных веществ, усиливают запахи воды, ухудшают ее вкус.
Удаление анионных ПАВ (АПАВ) из воды сопряжено с большими трудностями: при биохимическом окислении они почти не разрушаются, активными углями поглощаются незначительно. В связи с этим стала актуальной разработка эффективной технологии извлечения АПАВ из сточных вод для предотвращения загрязнения ими природной среды. Известны немногочисленные попытки применения с этой целью синтетических анионитов, однако закономерности сорбции АПАВ изучены недостаточно, не обоснованы условия их применения, кроме того, исследователями выявлена необходимость использования токсичных органических растворителей (метанола, ацетона и др.) для регенерации, что является большим недостатком технологии.
Работа выполнена в соответствии с Координационным планом Научного совета РАН по адсорбции и хроматографии на 2006-2009 гг. по теме: «Изучение механизма межмолекулярных взаимодействий и закономерностей удерживания» (шифр темы 2.15.6.2.Х.65).
Цель работы - разработка сорбционного способа извлечения из воды анионных ПАВ синтетическими анионитами, определение режима их регенерации, исключающего применение токсичных органических растворителей.
В работе было необходимо решить следующие задачи:
исследовать закономерности кинетики сорбции некаля анионитами в зависимости от природы матрицы и вида противоиона, гранулометрического состава сорбента, температуры раствора; выявить лимитирующую стадию массопереноса;
исследовать зависимость сорбционной емкости анионитов от типа матрицы и функциональных групп, степени сшитости сорбента; температуры, рН и ионной силы раствора; определить механизм взаимодействия анионита с АПАВ;
установить зависимость сорбционной емкости анионитов в динамическом режиме от концентрационно-гидродинамических условий;
выявить реагент, способный десорбировать некаль и определить условия его применения;
провести ресурсные испытания разработанного способа удаления некаля из воды; определить расход реагентов и воды на очистку 1 м воды;
разработать принципиальную технологическую схему сорбционной очистки воды от ПАВ при минимальных затратах реагентов.
Научная новизна
Изучены кинетические и равновесные закономерности адсорбции некаля анионитами, установлены термодинамические функции процесса.
Выявлен тип анионита, который селективен к некалю и способен его десорбировать без использования токсичных органических растворителей.
Обоснованы оптимальные условия сорбционного удаления АПАВ из воды.
Предложена принципиальная технологическая схема для его реализации.
Практическая значимость работы. Предложен способ очистки воды от анионных ПАВ с помощью анионитов, которые сочетают высокую сорбционную емкость со способностью к регенерации растворами щелочи без применения высокотоксичных органических растворителей. Показана
возможность утилизации щелочного регенерата и АПАВ. Способ может быть рекомендован для очистки воды с целью предотвращения попадания АПАВ в природные водоисточники.
Положения, выносимые на защиту
Результаты исследования кинетических закономерностей адсорбции некаля анионитами.
Выявленные зависимости сорбционной емкости анионитов по некалю от типа матрицы и природы противоиона, а также от внешних параметров процесса в статических и динамических условиях.
Механизм кинетики и механизм сорбции АПАВ анионитами.
Способ сорбционной очистки водных растворов от некаля и принципиальная технологическая схема его реализации без применения токсичных растворителей для регенерации сорбента и сброса агрессивных сточных вод.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы
доложены и обсуждены на XI, XII международной конференции «Физико-
химические основы ионообменных процессов», Воронеж, 2007, 2010; XV, XVI
международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых по
фундаментальным наукам «Ломоносов» 2008, 2009, Москва; XIII
международной экологической конференции «Экология России» 2008, Новосибирск; XIV Всероссийском симпозиуме «Актуальные проблемы теории адсорбции», 2010, Москва; научной сессии коллоидной химии и физико-химической механики Научного совета по физической химии РАН «ПАВ в технологических процессах», 2010, Москва.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 18 публикациях, 7 из которых входят в рекомендуемый перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 173 источника, изложена на 185 страницах, содержит 43 рисунка и 20 таблиц.
