О. В. Волювач

Одесский национальный университет имени И.И. Мечникова

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ХЛОРИДА ДОДЕЦИЛПИРИДИНИЯ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ ТВИНЫ

Широкое использование поверхностно-активных веществ (ПАВ) в быту и на разных стадиях технологических процессов (отделка и крашение тканей, обессмоливание сульфитной целлюлозы и др.) приводит к загрязнению ими сточных вод [1, 2]. Особую опасность, с экологической точки зрения, представляют биологически жесткие катионные ПАВ – соли алкилпиридиния (САП). В связи с этим извлечение САП из технологических растворов и сточных вод в присутствии других веществ, обладающих поверхностно-активными свойствами, является актуальной задачей.

Авторами работ [3, 4] установлено: поверхностное концентрирование САП при флотационной обработке разбавленных бинарных водных растворов, содержащих анионные или катионные ПАВ, является одним из наиболее приемлемых вариантов их извлечения. Однако влияние неионогенных ПАВ на флотационное извлечение САП не предсказуемо (в зависимости от температуры, концентрации, степени оксиэтилирования и строения молекул неионогенного ПАВ, мольного соотношения компонентов и т.д.) и требует предварительного исследования коллоидно-химических свойств их смешанных водных растворов.

Цель работы заключалась в прогнозировании эффективности проведения процесса флотационного извлечения хлорида додецилпиридиния (ХДДП) из бинарных растворов с Твинами (Твин-20, Твин-40, Твин-60) на основании исследования их коллоидно-химических свойств в зависимости от мольного соотношения компонентов в растворе и длины углеводородного радикала в молекуле неионогенного ПАВ.

Проведенные тензиометрические исследования, часть которых представлены на рисунке (кривые 1 А, Б, С) показали, что значения поверхностного натяжения бинарных растворов ХДДП и Твина во всем интервале мольных соотношений компонентов в среднем на 10-20 мДж/м² ниже значения поверхностного натяжения раствора катионного ПАВ. Синергетический эффект (относительно раствора ХДДП) по поверхностному натяжению наиболее сильно проявляется в бинарных катион-неионогенных смесях ПАВ с содержанием в растворе неионогенного ПАВ n ≥ 0,5.

Рисунок. Зависимость поверхностного натяжения (σ, кривая 1) бинарных водных растворов ХДДП – Твин и степени флотационного извлечения (α, кривая 2) ХДДП от мольной доли (n) Твина: Tw-20 (А), Tw-40 (В) и Tw-60 (С)

Максимально возможные значения степени (, %) флотационного извлечения ХДДП из бинарных растворов с Твинами, рассчитанные по уравнению: (которое, как было установлено в [5], хорошо “работает” в случае бинарных эквимолярных смесей катион-анионных ПАВ), представлены в таблице. Так как значения (ХДДП) связаны с величинами критической концентрации мицеллообразования смесей ХДДП и Твинов, то для этого предварительно опытным путем были определены значения ККМ_см смесей ХДДП – Тw-20, ХДДП – Tw-40, ХДДП – Tw-60. Установлено: экспериментально полученные значения ККМ_см бинарных смесей ХДДП – Тw-20, ХДДП – Tw-40 не совпадают со значениями ККМ их смесей (таблица), рассчитанными по уравнению Ланге [6], и оказываются меньше, что дополнительно подтверждает явление синергетического эффекта (и по σ_ХДДП , и по ККМ: введение Твина в раствор ХДДП почти ~ на 3 порядка уменьшает его ККМ) в растворах исследуемых смесей ПАВ.

Таблица. Значения критической концентрации мицеллообразования смесей (ККМ_см) ХДДП и Твина, мольной доли () ХДДП в смешанных мицеллах, параметра межмолекулярного взаимодействия () в них ПАВ и степени флотационного извлечения ХДДП из бинарного раствора

ХДДП – Тw	,	,	ККМ2 (Tw),	(ХДДП)	-			, %		, %
	моль/дм^3
ХДДП – Тw-20	5,0·10^-5	24,0·10^-5	12,0·10^-5	0,32		11,3	72		70
ХДДП – Тw-40	6,0·10^-5	12,0·10^-5	6,0·10^-5	0,27		9,3	66		65
ХДДП – Тw-60	8,0·10^-5	8,0·10^-5	4,0·10^-5	0,05		3,4	54		60
ХДДП: С0 = 17,6·10^-5моль/дм^3; ККМ1 = 14,6·10^-3моль/дм^3

Решение уравнения Рубина [7] позволило рассчитать мольную долю ХДДП в смешанных мицеллах с Твинами () и показать (таблица), что при мольной доле ХДДП в растворе равной 0,50 его мольная доля в смешанных мицеллах увеличивается от 0,05 до 0,32 при переходе от Тw-60 к Tw-20. Данное позволяет полагать, что в процессе флотационного обработки бинарных водных растворов ПАВ ХДДП извлекается как в виде отдельных молекул (ионов), так и в виде смешанных мицелл (макроагрегатов) с Твинами. Энергия взаимодействия компонентов в смешанных мицеллах, оцененная по величине параметра межмолекулярного взаимодействия (, < 0), монотонно увеличивается (по абсолютной величине) с уменьшением длины углеводородного радикала в молекуле неионогенного ПАВ, что в свою очередь и приводит к увеличению (~ в 2 раза) степени флотационного извлечения ХДДП из бинарных растворов по сравнению со степенью его извлечения из индивидуального раствора (35 %) (рисунок, кривые 2 А, В, С) [8].

Таким образом, интенсификация процесса извлечения ХДДП из водных растворов, содержащих Твины, обусловлена улучшением поверхностных свойств катион-неионогенных смесей ПАВ и образованием смешанных мицелл.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шварц А., Перри Дж. Поверхностно-активные вещества (их химия и техническое применение). – М.: Инлитиздат, 1953. – 544 с.

2. Шевердяев О.Н., Белов П.С., Шкитов А.М. Поверхностно-активные веществ. Свойства, технология, применение, экологические проблемы. – М.: Изд-во ВЗПИ, 1992. – 171 с.

3. Скрылев Л.Д., Солдаткина Л.М., Стрельцова Е.А. // Химия и технология воды. – 1992. – Т. 14, № 4. – С. 294-298.

4. Скрылев Л.Д., Стрельцова Е.А., Скрылева Т.Л. // Там же. – 1998. – Т. 20, № 3. – С. 311-316.

5. Волювач О.В. // Автореф. дис. …канд.. хім. наук. – К., 2006. – 23 с.

6. Lange H., Beck K.-H. // Kolloid-Z. u. Z. Polymere. – 1973. – Bd. 251, № 5. – S. 424-431.

7. Rubingh D.N. // Solution Chemistry of Surfactants. – New York, 1979. – Vol. 1. – P. 337.

8. Волювач О.В. // Тез. доп. XII наук. конф. „Львівські хімічні читання-2009“. – Львів, 1-4 червня 2009. – С. Д 23.