Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217, 16+

DOI: https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.54.029

Download PDF ( ) Pages: 42-46 Issue: № 12 (54) Part 5 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Vilkova N.G. et al. "PURIFICATION OF WATER FROM DIESEL FUEL". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) № 12 (54) Part 5, (2016): 42. Tue. 29. Nov. 2016.
Vilkova, N.G., & Mishina, S.I., & Derevyankina, O.V., & (2016). OCHISTKA VODY OT DIZELYNOGO TOPLIVA [PURIFICATION OF WATER FROM DIESEL FUEL]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, № 12 (54) Part 5, 42-46. http://dx.doi.org/10.18454/IRJ.2016.54.029
Vilkova N. G. PURIFICATION OF WATER FROM DIESEL FUEL / N. G. Vilkova, S. I. Mishina, O. V. Derevyankina // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2016. — № 12 (54) Part 5. — С. 42—46. doi: 10.18454/IRJ.2016.54.029

Import


PURIFICATION OF WATER FROM DIESEL FUEL

Вилкова Н.Г.1, Мишина С.И.2, Деревянкина О.В.3

1ORCID: 0000-0002-0695-373, Доктор химических наук, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

2ORCID: 0000-0003-1610-208X, Кандидат химических наук, Пензенский государственный университет

3ORCID: 0000-0002-1031-3313, Аспирант кафедры физики и химии Пензенского государственного университета архитектуры и строительства

ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Аннотация

Определены условия эффективного выделения растворенного в воде дизельного топлива методом флотации с использованием ионогенного ПАВ – лаурилсульфата натрия (SLS) и желатины (G). Снижение растворенных  углеводородов коррелирует с уменьшением межфазного натяжения на границе раздела водный раствор (SLS + G)/воздух и определяется отношением массовых содержаний желатины и ПАВ. Наиболее устойчивые пены, содержащие дизельное топливо, получены из растворов 2·10-3моль/л SLS +0,1% G. Максимальное (на 91,3%) снижение растворенного дизельного топлива наблюдали при использовании пены указанного состава.

Ключевые слова: дизельное топливо, пена, флотация, лаурилсульфат натрия, желатина, поверхностное натяжение.

Vilkova N.G.1, Mishina S.I.2, Derevyankina O.V.3

1ORCID:0000-0002-0695-373, PhD in Chemistry, Penza state University of architecture and construction in Penza

2ORCID: 0000-0003-1610-208X, PhD in Chemistry, Penza state University in Penza

3ORCID: 0000-0002-1031-3313, Postgraduate student , Penza state University of architecture and construction in Penza

PURIFICATION OF WATER FROM DIESEL FUEL

Abstract

The conditions for efficient separation of dissolved diesel fuel using an ionic surfactant – sodium dodecyl sulfate and gelatine solution were determined. Reduction of dissolved hydrocarbons correlates with a decrease in the interfacial tension at the interface of the aqueous solution / diesel fuel and is determined by the weight ratio of gelatine and surfactant. Most steady foam, containing a diesel fuel, is got from the  solution of 2 ·10-3 mol/l SLS +0,1% gelatine. The maximal (on 91, 3%) decline of cut-in diesel fuel was looked after at the use of foam of the indicated composition.

Keywords: diesel fuel, foam, ionic surfactant, gelatine,  surface tension.

Очистка воды от нефти представляет важную задачу. Значимость данной проблемы заключается в масштабах негативного воздействия нефтеотходов на природные экосистемы. Одним из широко используемых для очистки воды от нефтепродуктов методов является флотация.

Флотация – это физико-химический процесс, который заключается в создании комплекса частица (капля)-пузырек воздуха, всплывании этого комплекса и удалении образовавшегося пенного слоя [1]. В данной работе применяли флотацию пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха с помощью пористых пластин[2]. Прочность соединения пузырек-капля органической жидкости зависит от размеров пузырька и капли, физико-химических свойств пузырька и жидкости, гидродинамических условий. Отметим, что эффективность процесса флотационного выделения органических жидкостей и, в частности, дизельного топлива определяется в значительной мере устойчивостью образующейся пены. Влияние органических веществ на устойчивость пен является сложным, а подобные исследования обычно проводят при изучении и описании процессов пеногашения [2]. В частности было установлено, что ряд веществ (бензол, толуол) практически не влияют на устойчивость раствора ионогенного ПАВ- лаурилсульфата натрия, если их добавляют в виде растворов, близких к насыщенным. Однако данные вещества сильно снижают устойчивость пен при образовании гетерогенной системы на границе раздела воды и органической фазы. Известно также, что капли органической жидкости могут формировать пленки двух типов: капли находятся в дисперсионной среде пленки или на ее поверхности, образуя несимметричную пенную пленку. Свойства таких пленок в дальнейшем могут определять устойчивость пены в целом. Для флотационного выделения дизельного топлива (ДТ) помимо ПАВ применяют сочетание ПАВ с некоторыми белками (например, казеином). Данный метод применен в работе [3]. Однако в работе не исследованы свойства пен, содержащих дизельное топливо и эффективность процесса флотации, обусловленная их устойчивостью при изменении соотношения желатина: ПАВ в исходном растворе.

Ранее в работах [4-6] были проведены исследования устойчивости пен, полученных из водных растворов, содержащих желатину и ПАВ. Было установлено[4], что наибольшая устойчивость такой пены и максимальный  коэффициент пенного концентрирования белка из его водного раствора с поверхностно-активным веществом может быть достигнут при периодическом режиме пенообразования (в неподвижной пене) и определенном соотношении концентраций, соответствующем их комплексообразованию. В работах [5,6] показано, что полное связывание ПАВ желатиной с образованием поверхностно – активных комплексов наступает при соотношении концентраций (выраженных в масс.%) СG / СSDS, равном 1,74 [5]. Образующиеся соединения являются новым типом поверхностно-активного вещества. Было установлено также, что в процессе пенной флотации катионных и анионных ПАВ желатина используется в качестве собирателя: при PH менее 4.8 (активные группы желатины имеют положительный заряд) она способствовала извлечению анионных ПАВ, при PH более 4.8 (активные группы желатины имеют отрицательный заряд) – катионных ПАВ. Извлечение ПАВ желатиной также подтверждало образование малорастворимых хорошо флотирующихся комплексов белка и ПАВ [6].

Цель работы: исследование  влияния растворенного дизельного топлива на устойчивость пен, образованных лаурилсульфатом натрия и желатиной, определение концентрации ПАВ и белка, при которых выделение ДТ методом флотации является наиболее эффективным.

  1. Материалы и методы исследования

1.1 Материалы

Использовали желатину техническую (G), анионный ПАВ – лаурилсульфат натрия (SLS) марки “ч”, дизельное топливо техническое (ДТ).

1.2 Исследование устойчивости пены

Устойчивость пен, содержащих органическую фазу, исследовали в гравитационном поле и  под действием приложенного перепада давления. В первом случае устойчивость определяли по наибольшей высоте слоя и времени жизни динамической пены. В генератор ПОР-160 высотой 17,5–40 см заливали исследуемый раствор объемом 3,5см3. Скорость подачи воздуха в колонку составляла 1 см3/с. Отмечали время образования максимального столба пены и его устойчивость. Во втором случае определяли время жизни столба пены определенной высоты под действием приложенного перепада давления (метод Foam Pressure Drop Technique) [2]. Пена помещалась в стеклянную ячейку с пористым стеклянным фильтром, под которым создавали пониженное по сравнению с атмосферным давление (1-2 кПа). Отмечали время, за которое происходило полное разрушения столба пены, высотой 2 см (рисунок 1).

image001

Рис. 1 – Схема ячейки для исследования устойчивости пены под действием приложенного перепада давления:

1 – стеклянная ячейка с пористым фильтром; 2,3 – электроды; 4– кондуктометр

Растворы для выделения растворенного нефтепродукта содержали желатину с массовым содержанием (0,02% и 0,1%) и лаурилсульфат натрия с концентрацией 0,5 мМ и 2 мМ.

1.3 Флотационное выделение органических жидкостей

На рисунке 2 представлена схема флотационной установки для выделения органической жидкости из воды. Раствор, содержащий ДТ, объемом 8 мл помещается в ячейку со стеклянной пористой перегородкой (5), куда подается сжатый воздух. Скорость подачи составляет 1 мл/с. Использование расходомера (1) позволяет определить скорость движения потока воздуха. Образующуюся пену собирали в отдельную ячейку (6). Остаточную концентрацию ДТ в определяли флуориметрическим методом.

image003

Рис. 2 – Схема установки для флотационного выделения органических жидкостей:

1 – расходомер; 2, 3, 4 – краны; 5 – ячейка с пористым фильтром;

6 – ячейка для сбора пены

1.4 Определение содержания нефтепродуктов

Концентрацию растворенного ДТ в исходной воде и в воде после ее очистки определяли флуориметрическим методом. Растворенное ДТ экстрагировали гексаном. Для построения калибровки использовали стандартный образец раствора ДТ в гексане.

1.5 Определение поверхностного натяжения

Поверхностное натяжение на границах раздела фаз определяли методом платиновой рамки [2].

  1. Результаты и обсуждение

Известно, что максимум пенообразующей способности желатины лежит в изоэлектрической точке (PH= 4,8-4,9). Пена из 0,02 % и 0,1% растворов чистой желатины (без добавок ПАВ) неустойчива и быстро разрушается под действием даже малых (1-2 кПа) перепадов давления. В данной работе использовали соотношение концентраций (масс. %) G: ПАВ (СG / СSDS), равное 1,39; 0,174 и 1,74.

Показано, что устойчивость такой пены зависит от величины водородного показателя. В кислых средах (РН < 4) образуется неустойчивая пена; высота слоя не превышает 5 мм при всех изученных соотношениях желатины и лаурилсульфата натрия в исходном растворе. Наиболее устойчивая пена из растворов ПАВ и желатины была получена при РН = 6,62. Повышение устойчивости дисперсной системы при данном значении водородного показателя коррелирует с максимальным  снижением поверхностного натяжения (σ) на границе раздела жидкость/ газ (таблица 1).

Таблица 1 – Поверхностное натяжение на границе раздела водный раствор (SLS + G)/воздух

Состав исходного раствора СG / СSDS, % (масс.) σ, мн/м
0,5 мM SLS + 0,02% G 1,39 44,5
2 мM SLS + 0,01% G 0,174 41,26
2  мM SLS + 0,1% G 1,74 39,39

Подобное снижение поверхностного натяжения наблюдалось при добавлении к исходным растворам дизельного топлива. В частности, поверхностное натяжение растворов состава 0,5 мM SLS + 0,02% G и 2  мM SLS + 0,1% G было равно 16,17 и 14,7 мн/м соответственно.

Исследована устойчивость динамической пены, полученной из водного раствора состава 0,5 мM SLS + 0,02% G, при скорости потока воздуха 1 мл/с, на генераторе ПОР-160 (при СG / СSDS = 1,39). Установлено, что в течение 4 минут получен максимальный слой грубодисперсной и неустойчивой пены высотой 7 см. Средний диаметр пузырьков составлял 2-3 мм, в пене образовались полости диаметром 1см и более. Из водного раствора состава 2 мM SLS + 0,01% G (СG / СSDS =  0,174) также получалась грубодисперсная, неустойчивая пена (в течение 6 минут получен слой высотой 10 см, который разрушался при дальнейшем пропускании воздуха). Стабильная динамическая пена получена из раствора состава 2  мM SLS + 0,1% G (СG / СSDS = 1,74). При пропускании воздуха в течение 11 минут через раствор указанного состава высота столб пены составляла 17,5 см. Разрушения в объеме не наблюдали.

Некоторые из пен, полученные из водных растворов приведенных составов, сохраняют стабильность в присутствии дизельного топлива. В частности, изучена устойчивость водных растворов, представленных в таблице 1, содержащих растворенное ДТ в количестве 156 мг/л. Пена из раствора, содержащего желатину в избытке (СG / СSDS = 1,39) при добавлении ДТ быстро разрушается в объеме, высота столба не превышает 4 см. Более устойчивая пена образуется из водного раствора 2  мM SLS + 0,01% G + ДТ. Высота столба составляет 18-20 см, однако пена содержит полости диаметром 1см. Устойчивая дисперсная система образуется из раствора состава 2  мM SLS + 0,1% G + ДТ (столб пены высотой 40 см формируется в течение 8 минут, при этом интенсивного разрушения в объеме не наблюдали).

Проведена также сравнительная характеристика устойчивости пен, содержащих дизельное топливо в большем количестве (312 мг/л), под действием приложенного перепада давления (рисунок 3).

image005

Рис. 3 – Разрушение пены высотой 2см под действием приложенного перепада давления (ΔР = 2 кПа):

■ – 0,5 мM SLS + 0,02% G;

○ – 2  мM SLS + 0,01% G;

× – 2  мM SLS + 0,1% G

Как видно из приведенного рисунка, в неподвижной пене (при периодическом режиме пенообразования) наиболее устойчивы пены из раствора 2  мM SLS + 0,1% G (за 27 минут разрушается 95% пенного слоя). Пены, полученные из растворов 0,5 мM SLS + 0,02% G и 2  мM SLS + 0,01% G менее устойчивы: 90-95% пенного столба разрушается за 5 и 13 минут соответственно.

Изменение кратности в пенах, содержащих дизельное топливо, представлено на рисунке 4.

image007

Рис. 4 – Изменение кратности (n) в пенах, содержащих ПАВ, желатину и дизельное топливо (156 мг/л): ■ – 1  мM SLS + 0,1% G; ○ – 2  мM SLS + 0,1% G; × – 0,5 мM SLS + 0,02% G.

Наличие органической фазы замедляет процесс синерезиса даже при действии приложенных перепадов давления. Максимальная кратность в пене из раствора 2  мM SLS + 0,1% G составляла 180. В пене из раствора 0,5 мM SLS + 0,02% G кратность не превышала 110 к моменту ее разрушения.

Дальнейшие исследования были направлены на выделение растворенного дизельного топлива пеной, содержащей желатину и лаурилсульфат натрия. К воде, содержащей определенное количество ПАВ и желатины, добавляли дизельное топливо и определяли его количество на флюорате. В таблице 2 представлено снижение содержания растворенного ДТ в исходном растворе после удаления органической фазы пеной. Установлено, что при использовании исходного раствора состава 0,5 мM SLS + 0,02% G и соотношении СG / СSDS, равном 1,38, наблюдали уменьшение содержания дизельного топлива в исходном растворе на 86,6%. Как отмечалось выше, соотношение СG / СSDS в исходном растворе определяет состав и структуру адсорбционных слоев и влияет на свойства дисперсной системы. Причем устойчивость пены при соотношении СG / СSDS, равном 1,74, сохраняется даже в присутствии органического вещества. Поэтому значительное уменьшение концентрации дизельного топлива наблюдали при использовании пены, полученной из раствора состава 2  мM SLS + 0,1% G.

Таблица 2 – Изменение концентрации растворенного ДТ при использовании пен различного состава (исходная концентрация органической жидкости равна 320 мг/л)

Состав исходного раствора СG / СSDS, % (масс.) Конечная концентрация ДТ, мг/л Удалено

органической жидкости, %

0,5 мM SLS + 0,02% G 1,38 43 86,6
2 мM SLS + 0,01% G 0,174 28,9 90,9
2  мM SLS + 0,1% G 1,74 27,9 91,3

Таким образом, устойчивость пен, содержащих белок и ПАВ в  соотношении, равном 1,74, сохраняется при содержании дизельного топлива в воде  и обеспечивает эффективное выделение органической жидкости из водного раствора.

Список литературы / References

  1. Щукин Е. Д. Коллоидная химия / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. – М:Высшая школа, 2004.-445 с.
  2. Exerowa D. Foam and foam films. Theory, experiment, application. / D. Exerowa, P. M. Kruglyakov -. Amsterdam : Elsevier, 1998. -773 p.
  3. Suzuki Y. Removal of Emulsified Oil from Water by Coagulation and Foam Separation / Y. Suzuki, T. Maruyama // Separation Science and Technology.- 2005. -V. 40. – N 16.- P. 3407-3418.
  4. Vilkova N. G. Foaming concentration of gelatine from its solution containing sodium dodecyl sulfate / N. G.Vilkova, T. N. Khaskova, P. M.Kruglyakov // Colloid Journal. – 1995. – V.57. – N6. – P.741-744.
  5. Вюстнек Р.Исследование поверхностных свойств адсорбционных слоев желатины с добавками ПАВ на границе раздела фаз воздух-раствор / Р. Вюстнек, Л. Цастров, Г.Кречмар // Коллоид. журн. – 1985. – Т.37. – N 3. – C.462-470.
  6. Измайлова В.Н. Влияние углеводородных и фтористых поверхностно-активных веществ на свойства желатины в объеме водной фазы и на границе с воздухом / В. Н. Измайлова, С. Р.Деркач, К. В.Зотова, Р. Г.Данилова // Коллоид. журн. – 1993. – Т.55. – N 3. – C.54-90.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Shukin E. D. Kolloidnaya himiya [Сolloid chemistry] / E. D.Shukin, A. V. Pertzov, E. A. Amelina – Moscow :Vysshaya shkola. – 2004. – 445 p. [in Russian]
  2. Exerowa D. Foam and foam films. Theory, experiment, application. / D. Exerowa, P. M. Kruglyakov -. Amsterdam : Elsevier, 1998. -773 p.
  3. Suzuki Y. Removal of Emulsified Oil from Water by Coagulation and Foam Separation / Y. Suzuki, T. Maruyama // Separation Science and Technology.- 2005. -V. 40. – N 16.- P. 3407-3418.
  4. Vilkova N. G. Foaming concentration of gelatine from its solution containing sodium dodecyl sulfate / N. G.Vilkova, T. N. Khaskova, P. M.Kruglyakov // Colloid Journal. – 1995. – V.57. – N6. – P.741-744.
  5. Vustnek R. Issledovanie poverchnostnych svoistv adsorbzionnych sloev gelatiny s dobavkami PAV na granize razdela vozduch-rastvor[Study of surface properties of adsorption layers of gelatine with additives of surfactants on the interface air-solution] / R. Vystnek, L. Zastrov, G. Krechmar // Kolloid. Jurnal [Colloid journal]. – 1985.-V.37. – №3. – P.462-470. [in Russian]
  6. Izmailova V. N. Vliyanie uglevodorodnych I ftoristych poverchnostno-aktivnych veshestv na svoistva gelatin v obyeme vodnoi fazy I na granize s vozduchom [The effect of hydrocarbon and fluorinated surface-active substances on the properties of gelatine in the volume of the aqueous phase and on the border with air] V. N. Izmailova, S. R. Derkatch, K. V. Zotova, R. G. Danilova // Kolloid. Jurnal [Colloid journal]. – 1993. – V.55. – №3. – P.54-90. [in Russian]

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.