 |
1.2 Классификация СПАВ. 1.3. Область применения СПАВ
|
|
|
|
1. 2 Классификация СПАВ
СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от свойств, проявляемых СПАВ при растворении в воде, их делят на анионоактивные вещества (активной частью является анион), катионоактивные (активной частью молекул является катион), амфолитные и неионогенные, которые совсем не ионизируются.
Анионоактивные СПАВ в водном растворе ионизируются с образованием отрицательно заряженных органических ионов. Из анионоактивных СПАВ широкое применение нашли соли сернокислых эфиров (сульфаты) и соли сульфокислот (сульфонаты). Радикал R может быть алкильным, алкиларильным, алкилнафтильным, иметь двойные связи и функциональные группы.
Катионоактивные СПАВ — вещества, которые ионизируются в водном растворе с образованием положительно заряженных органических ионов. К ним относятся четвертичные аммониевые соли, состоящие из: углеводородного радикала с прямой цепью, содержащей 12-18 атомов углерода; метильного, этильного или бензильного радикала; хлора, брома, иода или остатка метил- или этилсульфата.
Амфолитные СПАВ ионизируются в водном растворе различным образом в зависимости от условий среды: в кислом растворе проявляют катионоактивные свойства, а в щелочном — анионоактивные.
Неионогенные СПАВ представляют собой высокомолекулярные соединения, которые в водном растворе не образуют ионов.
1. 3. Область применения СПАВ
СПАВ находят применение более чем в 100 отраслях народного хозяйства. Большая часть производимых СПАВ используется в составе моющих средств, в производстве тканей и изделий на основе синтетических и природных волокон. К крупным потребителям СПАВ относятся нефтяная, химическая. промышленности, промышленность строительных материалов и ряд других. Наиболее важные применения СПАВ:
|
|
|
-бурение с глинистыми растворами и обратимыми эмульсиями вода/масло. Для регулирования агрегативной устойчивости и реологических характеристик растворов применяют высокомолекулярных СПАВ-водорастворимые эфиры целлюлозы, полиакриламид и др., в эмульсии вводят кальциевые соли природных и синтетических жирных кислот (C16-C18 и выше), алкилароматические сульфонаты, алкиламины, алкиламидоамины, алкилимидазолины;
-повышение нефтеотдачи пластов посредством мицеллярного заводнения (оксиэтилированные алкилфенолы и спирты, алкилароматические сульфонаты);
-антиокислительные, противозадирные и другие присадки в производстве минер. масел (мыла синтетических жирных кислот, нефтяные сульфонаты, оксиэтилир. спирты) и пластичных смазок (производные фенолов, ариламины, алкил- и арилфосфаты);
-регулирование смачивания при флотации железных и марганцевых руд (мыла природных и синтетических жирных кислот, высшие алифатические амины), руд редких металлов (алкиларсоновые и алкилфосфоновые кислоты, алкилароматические сульфонаты);
-эмульсионная полимеризация, получение полистирола и др. виниловых полимеров (карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт, мыла синтетических жирных кислот, алкилсульфаты, оксиэтилированные спирты и алкилфенолы);
-производство химических волокон (оксиэтилир. амины и амиды, проксанолы и проксамины, высшие спирты и к-ты);
-механическая обработка металлов: адсорбционное понижение прочности, повышение скоростей резания, строгания, фрезерования (мыла природных и синтетических жирных кислот, алкилароматические сульфонаты, оксиэтилир. спирты и т. д. );
|
|
|
-промышленность строительных материалов: регулирование мех. и рео-логических свойств бетонных смесей за счет адсорбционного модифицирования компонентов (эфиры синтетических жирных кислот, сульфонаты, алкиламины, алкилсульфаты, оксиэтилир. жирные кислоты);
-производство синтетических моющих средств;
-улучшение структуры почв, предотвращение эрозионных процессов (СПАВ-полиэлектролиты - продукты неполного гидролиза полиакрилонитрила, продукты амидирования полиакриловой и полиметакриловой кислот, причем в составе полимерной цепи варьируются амидные, циклические имидные, карбоксильные и др. группы).
Биологическое разложение СПАВ. Водные растворы СПАВ в большей или меньшей концентрации поступают в стоки промышленных вод и в конечном счете в водоемы. Очистке сточных вод от СПАВ уделяется большое внимание, т. к. из-за низкой скорости разложения СПАВ вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных СПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а вода обедняется кислородом, что в свою очередь ухудшает условия существования др. форм жизни в воде.
Среди способов очистки сточных вод в отстойниках - перевод СПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. Эти методы дороги и недостаточно эффективны, поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках (аэротенках) и в естественных условиях (в водоемах) путем биол. окисления под действием гетеротрофных бактерий (преобладающий род-Pseudomonas), которые входят в состав активного ила. По отношению к этому процессу СПАВ принято делить на " мягкие" и " жесткие". К жестким СПАВ относятся некоторые алкилбензолсульфонаты (напр., тетрапропилбензолсульфонат) и изооктилфенолы; в настоящее время они практически не производятся. Степень биоокисления мягких СПАВ зависит от структуры гидрофобной части молекулы СПАВ: при ее разветвленности биоокисление резко ухудшается. Теоретически биоокисление идет до превращения. органических веществ в воду и углекислый газ, практическая проблема сводится лишь к времени окисления, т. е. к кинетике процесса. Если окончательное окисление происходит медленно, СПАВ успевает произвести вредное влияние на живые организмы и природную среду.
|
|
|
При биохимической очистке отработанных растворов СПАВ окисление ведется в присутствии ферментов.
Скорость окисления увеличивается, но выше 3500С ферменты разрушаются. Анионактивные СПАВ адсорбируются на межфазных поверхностях раздела, вследствие чего снижается ферментативный гидролиз жиров, белков и углеводов, приводящий к угнетению жизнедеятельности бактерий.
Механизм биоокисления СПАВ устанавливается путем изучения промежуточных продуктов распада. Так, в промежуточных продуктах распада алкилбензолсульфонатов обнаружены: алкилбензолсульфонаты с короткой алкильной цепью; сульфофенилкарбоновые кислоты в среднем с 4 атомами С в цепи; сульфокарбоновые кислоты с 5-6 атомами С; сульфодикарбоновые кислоты и сульфокислоты. Это позволяет предположить, что биоразложение начинается с концевой метильной группы. Чем ближе остаток продвигается к бензольному кольцу, тем окисление происходит медленнее. Конечной стадией является распад бензольного кольца на ненасыщенных соединений, которые окисляются достаточно быстро и полно.
Алифатич. СПАВ окисляются быстрее, чем циклические, причем сульфонаты окисляются труднее, чем сульфаты.
Рост производства СПАВ привел к появлению крупных предприятий, являющихся локальными источниками загрязнения воды. Высококонцентрированные сточные воды этих предприятий могут быть очищены микробиологическим методом, основанным на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты, сульфоэтоксилаты и др. Идентифицированы промежуточные продукты распада, которые являются аналогами природных веществ, нетоксичны и не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Один из важных результатов бактериального расщепления - отсутствие среди промежуточных продуктов распада веществ с явно выраженной дифильностью молекул.
Метод дал положительные результаты для сточных вод, содержащих 500 мг/л СПАВ. Эффективность очистки составила 95-97% за время не более 12 ч. Среди грамотрицательных бактерий обнаружены микроорганизмы (деструкторы), которые усваивают СПАВ как питательный субстрат.
|
|
|
