Мар 30 2001

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ФЕНОЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Опубликовано в 14:42 в категории Утилизация отходов

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ФЕНОЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

ПОЛИ-N-ВИНИЛКАПРОЛАКТАМОМ

А.А. Каед, Т.И. Давиденко

Физико-химический институт им. А.В. Богатского НАН Украины, г. Одесса

Фенольные соединения, содержащиеся в сточных водах некоторых предприятий, в продуктах, минерализованных водах, обладая сильными антисептическими свойствами, изменяют биологический процесс в воде и кислородный режим водоемов, ухудшают условия для воспроизводства рыбы, оказывают негативное влияние на здоровье людей [1-3]. Задача очистки сточных вод различных производств от фенолов не решена в полной мере до настоящего времени. Объясняется это как многообразием самих фенолов, которые к тому же представлены в виде очень сложных смесей, так и существенной разницей их концентраций в сточных водах.

К недостаткам используемых методов удаления фенолов относятся высокая энергоемкость многих из них (например, экстракционных либо испарительных), нерешенность вопросов регенерации сорбентов для сорбционных методов, использование агрессивных соединений (хлор, озон, пероксид водорода) в высоких концентрациях, значительный расход реагентов (экстракционные методы).

В связи с этим в настоящее время предпринимаются попытки разработать новые способы извлечения фенолов [4,5].

Данная работа посвящена исследованию возможности использования поли-N-винилкапролактама (ПВК) для извлечения алкилзамещенных фенолов из водных растворов.

Комплексы алкилфенолов с ПВК получали добавлением водного раствора ПВК к раствору фенола. Образовавшийся осадок отфильтровывали и промывали дистиллированной водой до отсутствия реакции на фенол в промывных водах, (контроль осуществляли с помощью спектрофотометра СФ-46 при λ=510 нм). Степень включения фенолов (η,%) находили по разности их содержания в исходном растворе и растворах, полученных после отделения осадка. Концентрацию фенолов определяли

согласно [6]. ИК-спектры получали на спектрометре "Specord IR75" в растворах СНС13 в диапазоне концентраций 0,36-0,0012 моль/дм3 при последовательном разбавлении растворителем.

Основанием для рассмотрения извлечения фенолов из водных растворов путем их включения в структуру ПВК послужили данные [7, 8] о связывании ПВК в ходе термоосаждения различных соединений, включая белки, с помощью фенолов.

Связывание фенолов с ПВК изучали, прибавляя к водному раствору фенольного соединения (при различных значениях рН и температуре) водный 7 %-ный раствор ПВК при встряхивании. Реакционную смесь выдерживали в течение различных промежутков времени, после чего гранулы образовавшегося комплекса отфильтровывали и определяли в фильтрате остаточный фенол [6]. При изучении включения алкилфенолов в ПВК рассмотрели концентрационные зависимости, влияние рН, температуры и времени образования комплекса. Использовали растворы фенола, о-, м-, п-крезолов, 2-, 3-, 4-этилфенолов в дистиллированной воде с концентрацией от 0,002 до 0,15 моль/дм3.

Установлено, что степень включения алкилфенолов в ПВК зависит от массового соотношения фенольное соединение: ПВК (табл.1), достигая максимума в интервале 1:2,5-4,0.

Как следует из полученных данных, наибольшая степень включения рассматриваемых алкилфенолов наблюдается при концентрациях 0,01-0,15 моль/дм3 (табл. 2).

Включение алкилфенолов в ПВК определяли в диапазоне рН 2-9. Показано, что степень включения максимальна при рН 6-7, при рН › 8 происходит растворение гранул комплекса.

Максимальное включение алкилфенолов в ПВК происходит в интервале температуры 25-35° С. При более низкой температуре легко отделяющиеся гранулы не образуются. При последующем повышении температуры (>40° С) степень включения начинает снижаться. Вероятно, разрушается стабилизация комплекса водородными связями.

Оптимальное включение алкилфенолов в ПВК происходит через 8-10мин. На основании полученных данных было высказано предположение о возможности извлечения алкилфенолов из сточных вод, используя их включение в ПВК. Исследования проводили на сточных водах нефтеперерабатывающих заводов. Так, согласно [9], сточные воды Новобакинского завода имели следующий химический состав, мг/дм3: фенол – 500–800, Н2S –50–80, NН3 – 100–150, нефтепродукты – 100–350. Использование ПВК (массовое соотношение фенол: ПВК – 1:3,0, температура – 30° С, продолжительность контакта – 5 мин), привело к извлечению 85 % фенола. В случае замены фенола на алкилзамещенные степень извлечения составила для м-крезола – 80, о-, п-крезола, соответственно 79, 75 и для 2-этилфенола – 75 %.

Таблица 1. Зависимость степени включения фенолов (η) от массового соотношения фенол: ПВК

Соединение

Фенол : ПВК

η (% от максимального)

Фенол

1:2,0

1:2,5

1:3,0

1:3,5

1:4,0

1:4,5

73

92

97

100

100

100

м-Крезол

1:2,0

1:2,5

1:3,0

1:3,5

1:4,0

1:4,5

71

83

90

100

100

100

о-Крезол

1:2,0

1:2,5

1:3,0

1:3,5

1:4,0

1:4,5

60

72

85

97

100

100

п-Крезол

1:2,0

1:2,5

1:3,0

1:3,5

1:4,0

1:4,5

63

76

87

98

100

100

2-Этилфенол

1:2,0

1:2,5

1:3,0

1:3,5

1:4,0

1:4,5

62

74

87

98

100

100

Аналогично изучено извлечение фенолов из морской воды. Для имитации фенольного загрязнения вводили фенол, о-, м-, п-крезолы (по 1г/дм3). Добавление ПВК при 27-28° С в течение 5 мин позволило извлекать 70, 65, 69, 62 % фенолов, соответственно.

Таблица 2. Зависимость степени включения фенолов от их концентрации

Соединение

Концентрация фенола, моль/дм3

η (% от максимального)

Фенол

0,005

0,01

0,05

0,1

0,15

30

60

83

100

100

М-Крезол

0,005

0,01

0,05

0,1

0,15

35

51

70

100

100

О-Крезол

0,005

0,01

0,05

0,1

0,15

25

55

65

100

100

П-Крезол

0,005

0,01

0,05

0,1

0,15

27

53

70

100

100

2-Этилфенол

0,005

0,01

0,05

0,1

0,15

24

47

73

100

100

Следует отметить, что использование в качестве десорбирующего раствора NaCL·NaOH (в соотношении 1:10) позволяет проводить регенерацию и неоднократно (в течение 10 раз) использовать ПВК с выделением алкилфенолов.

Однако более эффективным оказался метод с использованием таких растворителей, как спирт и хлороформ. В этом случае из гранул ПВК практически полностью извлекался фенол, а ПВК можно было использовать без существенного уменьшения степени извлечения фенола.

Образование соединений включения алкилфенолов с ПВК, по-видимому, носит сложный характер, в котором, наряду с образованием водородной связи с винилкапролактамом ПВК и ОН-группой фенола, нельзя отрицать и роль дисперсионных взаимодействий и последующий механический захват фенольных соединений.

Методами ЯМР 13С и ИК-спектроскопии нами установлено образование водородных связей между карбонильной группой капролактамных звеньев и гидроксильными группами фенолов, а также в результате вытеснения воды из структуры полимера происходящее при этом уплотнение полимера [4]. Последнее подтверждается отсутствием в ИК-спектре комплексов ПВК-фенол полосы связанной воды в области 3400 см-1, которая четко выражена в спектре индивидуального ПВК.

Таким образом, результаты проведенных исследований позволяют предложить метод локального извлечения высоких концентраций фенолов из сточных вод с использованием поли-N-винилкапролактама.

Литература

1. Айданова Е.В., Баташева Л.П., Жданова К.П. и др.// Химия и технология воды.- 1995.-17, №4.-С.410-416.

2. Севастьянов О.В., Давиденко Т.И., Чичкина М.А. и др.// Там же.- 1996.- 18, №2.- С.201-206.

3. Поладян В.Э., Авласович Л.М., Андрианов А.М.//Там же.- 1996.-18, №3.- С.296-300.

4. Давиденко Т.И., Севастьянов О.В.//Доп. НАН України.- 1995.- №9.-С.84-86.

5. Прейс С.В., Каменев С.Б., Каллас Ю.И.// Химия и технология воды.- 1994.- 16, №1.-С.83-91.

6. Коренман И.М. Фотометрический анализ. Методы определения органических соединений.- М.: Химия, 1970.- 343с.

7. Шерстюк С.Ф., Галаев И.Ю., Савицкий А.П. и др.//Биотехнология.- 1987.- 3, №2.- С.179-183.

8. Кравченко И.А., Давиденко Т.И., Кирш Ю.Э. и др.// Докл. АН Украины .-1993.- №3.- С.142-146.

9. Рустамов С.М., Махмудов Ф.Т., Баширова З.З.//Химия и технология воды.-1994.-16, №1.- С.69-72.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.