Апр 02 2001

ВЫДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ФЛОТАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Опубликовано в 16:56 в категории Утилизация отходов

ВЫДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ФЛОТАЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Л.М. Солдаткина, В.В. Менчук

Одесский Национальный Университет им. И.И. Мечникова, Украина

Синтетические красители широко применяются в легкой, полиграфической, химической, бумажно-целлюлозной и других отраслях промышленности [1]. В связи с этим большое количество их попадает в сточные воды, очистка которых связана со значительными технологическими трудностями.

В качестве эффективного метода очистки сточных вод, загрязненных красителями, может быть рекомендован флотационный метод. Простота, экономичность и высокая производительность этого метода делают его применение в практике водоочистки особенно целесообразным. Однако сведения об общих закономерностях и механизме флотационного выделения красителей весьма малочисленны.

Целью данной работы явилось изучение физико-химических закономерностей флотационного выделения основных красителей и изыскание путей повышения его эффективности.

Выбор в качестве объектов исследования основных красителей (основного желтого и метиленового голубого) определен, с одной стороны, их широким использованием, а с другой стороны, высокой токсичностью (пдк основных красителей в водоемах рыбохозяйственного назначения 0,05 мг/дм3 [2] ).Исследуемые растворы содержали основные красители от 10 до 100 мг/дм3.

Флотационную обработку водных растворов основных красителей осуществляли на пневматической флотационной установке, подробно описанной в работе [3]. Для уточнения механизма флотационного выделения основных красителей измерили для их водных растворов поверхностное натяжение методом Вильгельми и электронные спектры поглощения с помощью фотоколориметра КФК-3 в области от 300 до 700 нм.

Проведенные исследования показали, что эффективность флотационного выделения основных красителей зависит от природы и концен-

трации, как красителей, так и добавок присутствующих в растворе, значения рН среды и времени протекания процесса.

Обычно с помощью флотации органические вещества могут быть извлечены достаточно эффективно, если они способны адсорбироваться на поверхности пузырьков воздуха. Если же эти вещества плохо адсорбируются или не способны адсорбироваться на поверхности пузырьков воздуха, тогда необходимы флотационные собиратели.

В работах [4,5] предложено рассматривать красители как типичные ПАВ, которые, как правило, хорошо адсорбируются на поверхности пузырьков воздуха. Между тем сложное строение молекул красителей приводит к их специфическому поведению в растворе. Нами установлено, что и основный желтый и метиленовый голубой незначительно снижают поверхностное натяжение воды. Для их растворов поверхностное натяжение при значении рН 5,5-10 соответственно равно 70 и 66 мДж/м2.

Исследования по флотационному выделению основных красителей из их индивидуальных растворов показали, что основный желтый извлекается всего на 10-12 %, а метиленовый голубой вообще самостоятельно не извлекается. Следовательно, основный желтый имеет незначительную флотационную активность, а метиленовый голубой флотационной активностью не обладает.

В связи с тем, что исследуемые основные красители являются соединениями с катионными активными центрами, для их извлечения в качестве флотационных собирателей были использованы анионные ПАВ: додецилсульфат (ДДСН), додецилкарбоксилат (ДДКН), тетрадецилкарбоксилат (ТДКН) и гексадецилкарбоксилат (ГДКН) натрия.

Совместное присутствие основных красителей и анионных ПАВ в водном растворе может приводить к образованию поверхностно-активных соединений (флотоагрегатов). Так поверхностное натяжение водных растворов исследованных основных красителей в присутствии анионных ПАВ снижается по сравнению с поверхностным натяжением водного раствора красителя без ПАВ на 20-23 мДж/м2.

Спектрофотометрические исследования, направленные на уточнение сведений о природе взаимодействия между основными красителями и анионными ПАВ показали, что добавление анионных ПАВ к водным растворам основных красителей приводит к изменению электронного спектра поглощения. Например, в случае основного желтого при увеличении концентрации ДДКН и ДДСН при рН=5,5 и метиленового голубого с ДДСН при рН=5,5-10 наблюдается закономерное уменьшение интенсивности поглощения максимальной полосы поглощения.

Наблюдаемые изменения в электронных спектрах поглощения основных красителей в присутствии анионных ПАВ позволяют предположить, что между ионами основных красителей и анионных ПАВ возникает химическая связь.

Исследования по флотационному выделению основных красителей в присутствии анионных ПАВ показали, что наибольшая степень выделения (90-95 %) основного желтого наблюдается в присутствии ДДСН при молярном соотношении краситель: ПАВ=1:1,5, а последующее увеличение концентрации ДДСН приводит к снижению выделения красителя.

При добавлении в водные растворы основного желтого алкилкарбоксилатов натрия наибольшая степень выделения красителя, как и в случае с ДДСН, наблюдается при молярном соотношении краситель: ПАВ=1:1,5, но составляет всего 80-85 %.

Флотационное выделение метиленового голубого наиболее эффективно (90-94 %) в присутствии ДДСН при молярном соотношении краситель: ПАВ=1:1,5. В присутствии алкилкарбоксилатов наибольшая степень выделения метиленового голубого при молярном соотношении краситель: ПАВ=1:3.

Степень перехода раствора в пену при флотационной обработке исследованных растворов не превышает 4-6 % .

Из данных, представленных в таблице видно, что в случае флотационного выделения основных красителей в присутствии ДДСН, представляющего собой соль сильной кислоты и сильного основания, значение рН раствора не оказывает влияния на эффективность флотационного процесса основного желтого и несколько снижает степень флотационного выделения метиленового голубого в сильно кислой среде. При флотационной обработке водных растворов основных красителей в присутствии алкилкарбоксилатов натрия, представляющих собой соли слабых кислот и сильных оснований, влияние рН раствора выражено более сильно. Это связано с тем, что в кислой и нейтральной среде алкилкарбоксилаты натрия подвержены гидролизу, в результате которого происходит образование труднорастворимых жирных кислот.

Физическую картину процесса флотационного выделения основных красителей в присутствии анионных ПАВ можно представить следующим образом. При взаимодействии в растворе катиона красителя и поверхностно-активного аниона происходит образование флотоагрегата краситель-ПАВ, который может находиться в молекулярно-растворенной или коллоидно-растворенной форме. С появлением в растворе пузырьков воздуха концентрация флотоагрегата на границе раздела фаз раствор-газ начинает резко возрастать, что приводит к его укрупнению. При этом установлено, что для исследованных основных красителей в начальный момент времени (5-10 мин) скорость флотации наибольшая.

Таблица. Влияние значения рН на степень флотационного выделения основных красителей

Краситель

ПАВ

Степень выделения, %

рН=2

рН=4

рН=5,5

рН=8

рН=10

Основный

желтый

ДДСН

ДДКН

ТДКН

ГДКН

95

13

3

0

95

76

17

16

95

86

81

62

94

92

88

65

96

95

93

70

Метиленовый голубой

ДДСН

ДДКН

ТДКН

ГДКН

78

0

0

0

89

58

48

8

94

78

58

21

94

82

69

49

94

89

88

80

При флотационной обработке растворов основного желтого в присутствии ДДСН 95 % извлечение красителя достигается в течение 5-10 мин, а последующая флотация в течение 30 мин позволяет выделить краситель на 99 %. Время флотационной обработки раствора основного желтого в присутствии алкилкарбоксилатов натрия зависит от того, какое мыло используют в качестве флотационного собирателя.

Основный желтый с помощью ДДКН извлекается на 95 % в течение 30 мин, а с помощью ТДКН – на 92 % в течение 60 мин. При использовании ГДКН скорость выделения основного желтого не превышает 88% в течение 60 мин. Метиленовый голубой в присутствии ДДСН или ДДКН можно выделить на 95 % в течение 3-5 мин.

В связи с тем, что в сточных водах содержатся неорганические электролиты, которые могут, как увеличивать, так и уменьшать эффективность флотационного процесса, было изучено влияние таких добавок как хлорид, сульфат, фосфат натрия, хлорид магния и нитрат алюминия. При увеличении концентрации электролитов от 1·10-4 до 1·10-1 моль/дм3 степень флотационного выделения основных красителей снижается. По силе своего отрицательного влияния на процесс флотационного выделения основных красителей неорганические электролиты можно расположить в ряд: Al3+>Mg2+>Na+.

Таким образом, проведенные исследования позволили установить, что флотационный метод является достаточно эффективным методом выделения основных красителей с помощью анионных ПАВ из нейтральных и щелочных растворов при их непродолжительной (в течение 5-30 мин) флотационной обработке.

Литература

1. Мельников Б.Н, Мориганов П.В. Применение красителей.- М.: Легкая индустрия, 1971.- 264 с.

2. Попова В.И., Нефедова Е.Б. Охрана окружающей среды и проблемы токсикологии в химической технологии текстильных материалов// Журн. ВХО им. Д.И. Менделеева.-1981. Т. 26, №4.- С.88-93.

3. Скрылев Л.Д., Солдаткина Л.М., Стрельцова Е.А. Критерий флотационной активности поверхностно-активных веществ // Изв.вузов. Химия и хим. технология.-1992. Т. 35,№3.- С.60-63.

4. Петерс Р.Х. Текстильная химия (физическая химия крашения). Т.2 М.: Легпромбытиздат, 1989.- 384 с.

5. А.М. Когановский, Ф.Г. Лупашку, Н.А. Клименко и др. Исследование ассоциации прямых красителей в разбавленных растворах электролитов // Коллоидный журн.- 1979. Т.41, №1.-С.134-137.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.