РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ АДСОРБЦИИ ПАВ АКТИВНЫМИ УГЛЯМИ ИЗ ВОДНЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ
РАСТВОРОВ
2.1. Адсорбаты
В исследованиях, выполненных в рамках настоящей работы, были использованы
водные растворы промышленных повехностно-активных веществ: ОП-10 и сульфонола.
Эти ПАВ широко применяются в различных отраслях промышленности, поэтому они
являются типичными представителями органических загрязнений сточных вод
текстильных и кожевенных предприятий, красильных производств, предприятий
металлообработки, нефтедобычи, металлургии, транспорта и др.[13,15].
ОП-10 и сульфонол – биологически трудно разлагаемые поверхностно-активные
вещества [121,123-125]. Предельно-допустимая концентрация ОП-10 в очищенных
сточных водах, направляемых для сброса в водоемы, рекомендована на уровне 0,5
мг/дм 3 [123,124], а для сульфонола установлена 0,3 мг/дм3 [3,5].
Неионное ПАВ ОП-10 представляет собой смесь оксиэтилированных алкилфенолов с
общей формулой CnH2n+1C6H4(OCH2CH2)mOH , где n =8-10, m принимает широкий
спектр значений от 4 до 18. Основная часть НПАВ приходится на соединения с
10-12 оксиэтильными группами. Поэтому формулу, представляющую состав смеси
оксиэтилированного алкилфенола (ОЭАФ), можно записать как C9H19C6H4(OC2H4)11OH
. Содержание органического вещества в техническом продукте равняется 99%, влаги
– 0,5% [67].
Сульфонол - это обессоленное анионоактивное вещество, содержащее не менее 90%
алкилбензолсульфонатов натрия (АБС), 2% сульфата и сульфита натрия, 2%
несульфированных соединений и влагу. Хроматограмма продуктов химического
десульфонирования анионного препарата приведена в [126]. Наличие нескольких
пиков в каждой фракции алкилбензолов говорит о присутствии нескольких изомеров
с одинаковым количеством углеродных атомов . Преобладающая доля сульфонола
приходится на соединения с 11 и 12 углеродными атомами в алкильной группировке,
поэтому общую формулу смеси можно представить в виде: CnH2n+1C6H4SO3Na, где
n=11-12. Исследованный в работе сульфонол синтезирован на основе нормальных
парафинов [121].
В таблице 2.1 представлены некоторые физические характеристики
поверхностно-активных веществ и их водных растворов. Молекулярные массы
технических ПАВ определены исходя из формул соединений, представляющие смеси
C9H19C6H4(OC2H4)11OH и C11,5H24C6H4SO3Na. Данные по ККМ1 взяты из литературы
[13,67]. Величины мольных объемов рассчитаны согласно методике, предложенной в
[127- 129].
Таблица 2.1
Физические характеристики ПАВ и их водных растворов
Характеристика
ОП-10
Сульфонол
Молярная масса
704
341
Критическая
концентрация
мицеллообразования
ККМ, мг/дм3
150
150
Мольный объем хi ,
см3/моль
870
340
Концентрация
рабочих растворов ПАВ
Со, мг/дм3
25±5
25±5
Кинематическая
вязкость н 10 6,м2/с
1,184
1,168
Коэффициент молекулярной
диффузии Dm 1010,м2/с
2,63
4,45
рН
6,6
6,8
Значения кинематической вязкости определены экспериментально с помощью
стеклянного капиллярного вискозиметра ВПЖ - 2 для водных растворов ПАВ
концентрации Со = 233 мг/дм3 при температуре Т = 295К.
Коэффициенты молекулярной диффузии рассчитаны по методу Вилке-Чанга [129],
представляющего по существу эмпирическую модификацию урав-
нения Стокса – Эйнштейна:
, (2.1)
где Ф – параметр ассоциации воды, Ф = 2,6 ;
Т - температура, К;
зв - вязкость растворителя, сП;
хi - мольный объем ПАВ, см3/моль .
Концентрации оксиэтилированных алкилфенолов и алкилбензолсульфонатов в водных
растворах определяли спектрофотометрически. Зависимости спектрального
поглощения растворов ПАВ в ультрафиолетовой области приведены на рис.2.1.
1- сульфонол; 2- ОП-10.
Рис. 2.1. Спектр поглощения растворами ПАВ (Со=22мг/дм3) в УФ области.
Максимумы поглощения приходятся на длины волн 225 и 275 нм для растворов ОП-10
и 225нм для сульфонола. Определение содержания ПАВ в случае разбавленных
истинных растворов (Со < 50 мг/дм3) осуществляли при длине волны
ультрафиолетового излучения равного л=225 нм. При значениях концентрации
близких и выше ККМ1 в случае ОП-10 определение вели при л= 275нм, а пробы
растворов сульфонола разбавляли до содержания АПАВ, определяемого согласно
калибровочного графика , построенного при л = 225нм .
Калибровочные графики, устанавливающие взаимосвязь оптической плотности (А) и
концентрации ПАВ в растворе (С) при длине волны максимального поглощения,
представлены на рис.2.2 . Определение содержания ПАВ в водных растворах
осуществляли в кварцевой кювете толщиной 1см на спектрофотометре СФ-46 (ЛОМО).
1-сульфонол; 2-ОП-10.
Рис.2.2. Калибровочные графики определения концентрации водных
растворов сульфонола (1) и ОП-10 (2) при л=225нм.
Периодически с целью контроля за правильностью спектрофотометрических измерений
концентраций ПАВ использовали известные экстракционно-фотометрические методики
определения НПАВ (с фосфорно-молибденовой кислотой) и АПАВ (с метиленовым синим
) [130, 131]. Расчет метрологических характеристик калибровочного графика и
погрешностей определения ПАВ в измеряемом диапазоне концентраций даны в 2.7.
2.2. Адсорбенты
2.2.1.Структурно - сорбционные характеристики активных углей. Эффективность
активного угля, как сорбента, обусловлена, главным образом, особенностями его
пористой структуры. Структурно-сорбционные параметры АУ и методы их определения
базируются на интерпретации данных изотерм адсорбции стандартных веществ из
газовой фазы (аргон, азот, бензол ).
Обработка изотерм ведется в соответствии с модельными представлениями о
характере и порядке заполнения активной поверхности пор в зависимости от их
размеров.
В качестве объектов исследования выбраны активные угли