Адсорбционная очистка воды от поверхностно-активных веществ с использованием угольных адсорбентов Иванец Марина Григорьевна Учреждение БГУ «НИИ физико-химических проблем» Т.А. Савицкая, Н.Г. Цыганкова, С.Е. Макаревич, Д.Д. Гриншпан Минск- 2012

ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА бытовые моющие средства смягчители, разрыхлители, антистатики промышленная стирка и чистка поверхностей антикоррозионные добавки и пеногасители битумные эмульсии обязательные компоненты кремов, шампуней, кондиционеров для волос и др… ПАВ

ПАВ & ЧИСТАЯ ВОДАРеальное Бытовые стоки20-30 Промышленные стоки Содержание ПАВ, мг/дм 3РазрешенноеСанПиН Питьевая вода0,5 Сброс сточных вод1,0

Разрушение окислителями Термическая деструкция Биохимическая очистка Пенная сепарация Обратный осмос Ультрафильтрация Ионный обмен Осаждение Флотация Магнитная обработка Коагуляция, электрокоагуляция Адсорбция МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Определить закономерности адсорбции ПАВ на различных угольных сорбентах и установить механизм адсорбции ПАВ на АУ; Провести адсорбционную очистку реальных сточных вод от ПАВ с использованием угольных адсорбентов Изотермы адсорбции Структурный анализ АУ Углевание ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАВФормулаГЛБ Катионные ПАВ цетилтриметиламмоний бромид (С 16 ТАВ) C 16 H 33 (CH 3 ) 3 N + Br - 21 миристилтриметиламмоний бромид (С 14 ТАВ) C 14 H 29 (CH 3 ) 3 N + Br - 24 додецилтриметиламмоний бромид (С 12 ТАВ) C 12 H 25 (CH 3 ) 3 N + Br - 27 децилтриметиламмоний бромид (С 10 ТАВ) C 10 H 23 (CH 3 ) 3 N + Br - 30 Анионный ПАВ додецилсульфат натрия (ДСН)C 12 H 25 SO 4 - Na + 40 Неионный ПАВ Тритон Х-100 C 8 H 17 С 6 Н 4 O(C 2 H 4 O) 10 Н 14 + образцы стоков парфюмерно-косметической фирмы «Модум»

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ TH-90GАУТ-МИОУ-А Исходное сырье Минеральное сырье Целлюлозное волокно Древесина Средний размер частиц, мкм S уд, м 2 /г V общ, см 3 /г 0,470,560,55 V микро, см 3 /г 0,220,380,24 V мезо, см 3 /г 0,250,180,31

ИЗОТЕРМЫ АДСОРБЦИИ 3 1 – TH-90G, 2 – АУТ-МИ, 3 – ОУ-А КПАВ АПАВНПАВ

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Катионные ПАВ Анионный ПАВ С 16 ТАВС 14 ТАВС 12 ТАВС 10 ТАВДСН (С 12 ) TH-90G 0,99960,9998 0,99910,9994 АУТ-МИ 0,99020,9957 0,99160,9990 ОУ-А 0,94780,9577 0,93500,9994 Уравнение Ленгмюра Коэффициенты корреляции R 2

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПАВ Г, ммоль/г Г эксп, ммоль/г dГ,% TH-90G С 16 ТАВ 0,8980,8643,9 С 14 ТАВ 0,8500,8193,8 С 12 ТАВ 0,8310,7964,4 ДСН 0,7890,7663,0 АУТ-МИ С 16 ТАВ 0,6720,58415,1 С 14 ТАВ 0,6690,59412,6 С 12 ТАВ 0,6570,6097,9 ДСН 0,6020,5892,2 ОУ-А С 16 ТАВ 0,6580,50929,3 С 14 ТАВ 0,6280,45538,0 С 12 ТАВ 0,5910,45430,2 ДСН 0,7990,7555,8 Тритон Х-100 0,6650,7056,0

МЕХАНИЗМ АДСОРБЦИИ Пористая структура (молекулярно-ситовый принцип) Поверхностные функциональные группы (хемосорбция, ионный обмен)

МЕХАНИЗМ АДСОРБЦИИ Хемосорбция ? КПАВ

МЕХАНИЗМ АДСОРБЦИИ Поэтапное заполнение пористой структуры 1.Микропоры – объемное заполнение 2.Мезо- и макропоры – адсорбция на плоской поверхности, дискретный монослой

Образец V микро, см 3 /г V внешн, см 3 /г V общ, см 3/ г S BET, м 2 /г S микро, м 2 /г S внешн, м 2 /г ОУ-А 0,240,310, ОУ-А + 5 % ДСН 0,170,290, ОУ-А + 10 % ДСН 0,060,280, ОУ-А + 15 % ДСН 0,030,210, СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ АУ

ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Образец w (ДСН), % Температура удаления воды, К Температура максимальной скорости разложения, К ОУ-А ОУ-А +адсорбированны й ДСН Механическая смесь ОУ-А и ДСН ДСН –

М ЕХАНИЗМ АДСОРБЦИИ Природа ПАВ Гидрофильно- липофильный баланс (ГЛБ )

ЭФФЕКТИВНОСТЬ УГОЛЬНЫХ АДСОРБЕНТОВ o исходное сырье минеральные древесные из различного целлюлозосодержащего сырья минеральные древесные из различного целлюлозосодержащего сырья порошковый, гранулированный, волокнистый o физическая форма: порошковый, гранулированный, волокнистый м 2 /г; o удельная поверхность м 2 /г; микро-, мезо- макропоры o тип пористой структуры: микро-, мезо- макропоры o рН водной вытяжки/ионообменная емкость

ЭФФЕКТИВНОСТЬ УГОЛЬНЫХ АДСОРБЕНТОВ Характеристики АУГ ПАВ, ммоль/г S уд, м 2 /г V общ, см 3 /г V микро, см 3 /г V мезо, см 3 /г рНДСНСТАВ TH-90G 8100,470,220,258,60,7630,686 АУТ-МИ 9200,560,380,189,70,5890,616 ОУ-А 7500,550,240,319,70,7550,584

Способ очистки Фильтров. материалы Мутность, мг/дм 3 Цветность, градусы Суммарное содержание АПАВ, мг/дм 3 Исходные воды– более 80500более 500 Безреагентная обработка – фильтров. ткани – песок – гранулир. уголь Коагуляционная очистка – песок 7,816154,5 – фильтров. картон 3,980,242,3 Адсорбционно- коагуляционная очистка – песок 2,530,45,5 – бумажн. фильтр 1,115,71,0 – фильтров. картон 001,0 ОЧИСТКА РЕАЛЬНЫХ СТОКОВ

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Адсорбция различных по своей природе ПАВ осуществляется по механизму поэтапного заполнения пористой структуры АУ; Величина удельной адсорбции зависит от природы ПАВ и в ряду однотипных соединений растет по по мере роста их гидрофобности; Для удаления ПАВ рекомендуется использовать метод углевания с использованием высокодисперсных АУ с развитой микро- и мезопористой структурой ; Применение таких АУ совместно с методом коагуляции позволяет очищать сточные воды промышленных предприятий до норм ПДК на сточные воды для сброса их в городские канализационные системы.

С ПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !