Сравнительное исследование процессов обесцвечивания и деструкции красителей (стр. 1 )

На правах рукописи

Шалбак Аммар

Сравнительное исследование процессов обесцвечивания и деструкции красителей

03.02.08 – Экология

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата химических наук

Москва - 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

“Российский химико-технологический университет им. ”

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор доктор химических наук, профессор

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Московский государственный университет инженерной экологии”, г. Москва

Защита состоится «28» июня 2010г. в _10_ часов в ауд. _Г-205_ на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Ивановский государственный химико-технологический университет” по адресу:

г. Иваново, .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу:

г. Иваново, .

Автореферат разослан “ ” 2010 г.

Учёный секретарь совета, д. т.н., ст. н.с.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Загрязнение сточных вод органическими соединениями, в том числе красителями, представляет серьезную опасность для природных водоемов и водотоков, особенно для регионов с дефицитом пресной воды. Выбор технологии очистки таких вод в каждом конкретном случае определяется требованиями, предъявляемыми к воде, предназначенной для повторного использования в технологических процессах, сброса в горколлектор или в поверхностные водные объекты.

Для обесцвечивания красителей применяют физико-химические, деструктивные, биологические и другие методы. Все эти способы обладают определенными достоинствами и недостатками в отношении конкретных красителей.

Целью работы было установление физико-химических закономерностей процессов обесцвечивания и деструкции красителей производства Сирийской Арабской Республики.

Поставленная цель достигалась путём решения следующих задач:

- сравнительное исследование процессов обесцвечивания и деструкции индивидуальных красителей методами коагуляции, окисления и сорбции;

- выявление на качественном уровне превращений органических красителей в результате их деструкции;

- оценка токсичности растворов красителей методами биотестирования;

- разработка рекомендаций по организации технологий очистки сточных вод от исследованных красителей.

Научная новизна

В результате проведения сравнительных исследований процессов обесцвечивания и деструкции индивидуальных красителей различных типов методами коагуляции, окисления и сорбции

- установлено, что коагуляция является эффективным методом обесцвечивания всех исследованных красителей в диапазоне низких концентраций при рН = 5-6;

- впервые показано отсутствие корреляции между показателем ХПК, степенью обесцвечивания и токсичностью растворов красителей;

- с использованием методов биотестирования оценена острая токсичность исходных и обесцвеченных различными методами растворов красителей;

- доказано, что окислительная деструкция красителей (исключая малорастворимые формы) может быть осуществлена пероксидом водорода в присутствии соединений железа (реактив Фентона) или раствором анолита – продуктом электролиза раствора поваренной соли;

- установлено, что гомогенная окислительная деструкция красителей реактивом Фентона в кислой среде протекает быстрее и эффективнее, чем гетерогенное окисление в присутствии магнетита или комплекса железа с EDTA, иммобилизованного на активных углях, определены константы скоростей перечисленных реакций;

- предложены гипотетические схемы окислительной деструкции красителей.

Практическая значимость

- на основании сравнительного анализа эффективности различных методов обработки растворов индивидуальных красителей созданы основы для организации технологий очистки сточных вод текстильных производств от красителей;

- определены условия (рН, температура, дозы реагентов и продолжительность процессов), обеспечивающие максимальные степени очистки вод от красителей;

- предложена принципиальная схема деструкции красителей, включающая их гомогенное окисление реактивом Фентона с последующей нейтрализацией растворов, регенерацией и утилизацией железосодержащих шламов.

Вклад автора. Освоение методик, экспериментальные исследования, обработка данных проведены лично автором. Постановка цели и задач исследования, планирование экспериментов и интерпретация полученных результатов проведены соискателем совместно с научным руководителем.

Публикации и апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на XXIII международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии», Москва, 2008. По результатам работы опубликовано 2 статьи в реферируемых журналах и 2 тезисов докладов.

Достоверность результатов работы основана на использовании сертифицированных физико-химических методов исследования, воспроизводимости экспериментальных данных, непротиворечивости полученных результатов литературным источникам.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 149 стр., содержит 24 табл., 51 рис. и состоит из введения, литературного обзора, методики исследований, экспериментальной части и обсуждения результатов эксперимента, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 107 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи работы.

В первой главе – Литературном обзоре - приводятся литературные данные по обесцвечиванию красителей различной природы. Показано, что производственные воды, содержащие красители различных типов, подвергаются обесцвечиванию физико-химическими, окислительными или биологическими методами. Однако для их применения в отношении новых органических соединений необходимы дополнительные исследования.

Во второй главе – Методике эксперимента - приведены состав и характеристики исследованных красителей, изложены экспериментальные методики.

Эксперименты проводили на модельных водных растворах индивидуальных красителей с начальной концентрацией от 01.01.01 мг/л. Объектами исследования выступали красители:

1. Corafix Yellow 3RF (Reactive yellow 145)

2. Rafafix Red 3BS (Reactive red 195)

3. Synozol Blue KHL (Reactive Blue 94)

4. Turquoise Blue G (Reactive blue 21)

5. Cibacron Yellow LS-R-HC

7. Cibacron Blue LS-3R-HC (Reactive Blue TZ 3926)

6. Cibacron Red LS-6G-HC (Reactive Red RUE 55)

8. Indanthrone Green FFB (Vat green FFB 59825)

9. Lamprsion orange H3R (Disperse orange 25)

10. Lanaset Blue 2R (C. I. Acid Blue 225)

Концентрации красителей, ионов железа и алюминия определялись спектрофотометрическим, атомноабсорбционным методами. Изменение ХПК определяли арбитражным бихроматным методом, содержание активного хлора - титриметрическим методом, Токсичность растворов красителей определяли методом биотестирования (тест-объекты – дафнии Daphnia Magna и водоросли Scenedesmus quadricauda). Выявление на качественном уровне продуктов деструкции красителей проводили хроматографическим методом с электронно-захватным детектором и методом электронной спектроскопии.

В третьей главе – Экспериментальные данные и их обсуждение - проводится обсуждение полученных экспериментальных результатов.

Очистка воды от красителей с помощью коагулянтов

Процесс обесцвечивания красителей в сточных водах различных производств может происходить благодаря сорбции коллоидных и высокомолекулярных соединений на поверхности гидроксидов металлов при введении в раствор коагулянтов - Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3, Fe2(SO4)3 и алюмокремниевого коагулянта-флокулянта (АКФК).

Обнаружено, что Indanthrone Green FFB, Turquose Blue G и Lamprsion Orange H3R эффективно удаляются коагуляцией в широком диапазоне рН (от 4 до 11) в отличие от других красителей, коагуляция которых снижается при повышении рН. Эксперименты при сравнении эффективности коагуляции проводили при рН=5-6.

Из представленных на рис. 1 зависимостей следует, что концентрация красителей с увеличением дозы вводимого коагулянта (FeCl3) экспоненциально снижается, достигая минимальных значений при концентрации Fe3+ не выше 100 мг/л. Аналогичные зависимости получены и при использовании других коагулянтов.

Рис. 1. Зависимость остаточной концентрации красителя от дозы FeCl3 при рН=5,5: Corаfix Yellow 3RF (1), Rafafix Red 3BS (2), Sуnozol Blue KHL (3), Turquose Blue G (4), Cibacron Yellow LS-R-HC (5), Cibacron Blue LS-3R-HC (6), Cibacron Red LS-6G-HC (7), Indanthrone Green FFB (8), Lamprsion Orange H3R (9)

Наряду со степенью обесцвечивания важной характеристикой очищенной воды следует считать остаточные концентрации красителей, приведенные в таблице 1.

Установлено, что наиболее эффективными коагулянтами для обесцвечивания красителей в целом являются FeCl3, Al2(SO4)3 и АКФК.

Значения ХПК (мгО/л) до и после коагуляции, а также остаточные концентрации железа (СFe) и алюминия (СAl) в обработанных растворах сведены в табл. 2.

Из представленных результатов следует, что величины ХПК составляют ~1-2 мгО на 1 мг красителя. Корреляция между величинами ХПК и степенью обесцвечивания растворов не прослеживается.

Таблица 1. Максимальные степени обесцвечивания (α, %), начальные (Снач., мг/л) и остаточные концентрации (Сост., мг/л) красителей

№	Название красителя	Снач.	Коагулянт
Fe2(SO4)3	АКФК	FeSO4	FeCl3	Al2(SO4)3
α	Сост.	α	Сост.	α	Сост.	α	Сост.	α	Сост.
1	Corafix Yellow 3RF	50	73	13,4	76	12,1	78	10,7	94	2,8	90	5,2
2	Rafafix Red 3BS	50	74	12,6	99	0,5	99	0,5	99	0,5	93	3,6
3	Synozol Blue HF-2GL	58	81	11,0	88	7,0	78	12,6	99	0,2	94	3,4
4	Turquoise Blue G	138	96	5,1	99	1,4	95	7,4	99	1,6	97	4,5
5	Cibacron Yellow LS-R	67	84	11,0	87	8,7	70	20,2	95	3,5	94	4,1
6	Cibacron Red LS-6G	68	94	3,9	96	2,7	90	6,6	98	1,5	97	1,8
7	Cibacron Blue LS-3R	34	92	3,4	96	1,4	96	1,3	97	1,0	96	1,5
8	Indanthrone Green FFB	74	99	0,9	99	0,7	98	1,4	99	0,9	99	0,9
9	Lamprsion Orange H3R	68	96	3,1	96	3,1	93	4,5	93	4,5	95	3,5

Таблица 2. ХПК и остаточные концентрации железа (СFe, мг/л) и алюминия (СAl, мг/л) в обработанных растворах