Разрушение двойного электрического слоя частиц азопигмента
Способы удаления водорастворимых примесей из суспензий азопгиментов оранжевого Ж и красного FGR с использованием в качестве промывной жидкости на третьем цикле репульрации-декантации артезианской воды содержащей наночастицы железа, никеля или платины.
Рубрика | Химия |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.05.2017 |
Размер файла | 307,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФГБОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет
Разрушение двойного электрического слоя частиц азопигмента
О.В. Орехов, А.И. Леонтьева, Д.Н. Труфанов
В производстве азопигментов процессы диазотирования и азосочетания параллельно с целевым веществом образуют соли натрия, калия и кальция. Для обеспечения требуемой кислотности среды в реакционную массу вводят кислоты или щелочи [1]. Кислоты с образовавшимися солями в жидкой фазе реакционной массы диссоциируют на ионы [2], наиболее распространенными среди них являются положительно заряженные ионы: водород, натрий, калий, кальций, отрицательно заряженные ионы - хлор, сульфатная группа. При образовании твердых частиц целевого вещества ионы формируют вокруг них координационный слой, состоящий из отрицательно заряженный ионов сорбированных на поверхности частиц органического вещества (потенциалообразующий слой) и расположенных на незначительном расстоянии положительно заряженных ионов (слой противоионов), ионы несорбированные на поверхности частиц твердой фазы образуют диффузионный слой в объеме жидкой фазы, то есть формируется двойной электрический слой [3,4] рис.1.
Рисунок 1 Модель двойного электрического слоя для частиц органического вещества; 1- частицы органического вещества; 2 - отрицательно заряженные ионы; 3 - положительно заряженные ионы; 4 - потенциалопределяющая область; 5 - область расположения проитивоинонов; 6 - диффузионная область.
При удалении примесей (ионов солей и кислот) отмывкой сформировавшегося осадка на фильтрующей перегородке или многократной декантацией суспензии с последующей репульпацией, выводятся ионы из диффузионного слоя и часть ионов из потенциалообразующего слоя величина энергии связи которых с твердыми частицами органического вещества незначительна. То есть, достичь полного удаления водорастворимых примесей (ионов солей и кислот) из суспензий азопигментов используя традиционные методы очистки невозможно.
Для полного удаления водорастворимых примесей из суспензий азопигментов, необходимо в жидкой среде суспензии сформировать условие обеспечивающее разрушение связи ионов находящихся в потенциалообразующем слое частиц органического вещества. Для разрушения связи ион- частица органического вещества, было предложено по окончании процесса удаления ионов из диффузионного слоя в жидкую фазу вводить нанометаллы формирующие активные центры координирующие вокруг себя ионы содержащиеся в двойном электическом слое, при чем энергия связи наночастица металла - ион выше чем энергия связи частицы органического вещества с ионами. В качестве металлов в наноструктурированной форме использовали алюминий, никель платина с размером частиц 15-50 нм.
Предлагаемый способ отмывки тонкодисперсных частиц органических веществ заключается в многократной декантации-репульпации суспензии азопигмента. Первую и вторую репульпации проводили с использованием в качестве промывной жидкости - воды артезианской объемом равным объему жидкой фазы содержащейся в сгущенной суспензии полученной при отстаивании суспензии азопигмента. Температура промывной жидкости 30 єС так как более высокая температура ведет к повышению растворимости и смачиваемости азопигмента, и как следствие к увеличению потери целевого вещества.
Рисунок 2 Модель разрушения двойного электрического слоя частиц органического вещества за счет перехода ДЭС ионов водорастворимых примесей на поверхность наночастиц; 1 - частицы органического вещества; 2 - потенциалопределяющая область; 3 - область расположения противоионов; 4 - отрицательно заряженные ионы; 5 - положительно заряженные ионы 6 - направление миграции положительно заряженных ионов; 7 - наночастица с ДЭС; 8 - направление миграции отрицательно заряженных ионов; 9 - наночастица.
Третью репульпацию осуществляли следующим образом: в сгущенную суспензию вводили промывную жидкость - артезианская вода содержащая наноматериалы - сорбенты ионов водорастворимых примесей в таком же объеме как и при первых двух репульпациях при температуре 30 єС. Металлы в наноструктурированной форме на своей поверхности из ионов водорастворимых примесей, формируют двойной электрический (рисунок 2). Перераспределение ионов осуществляется при перемешивании суспензии в течении 5-30 мин.
Для удаления мицелл, представляющих собой частицы наноматериалов с сорбированными на их поверхности ионами водорастворимых примесей, при формировании органического слоя над водным слоем, в суспензию вводят коагулянты, обеспечивающие осаждение мицелл в процессе декантации. В случае осаждения органического слоя, удаление частиц наноматериалов возможно фильтрованием суспензии с последующей промывкой на фильтровальной перегородке или проведение четвертого цикла декантации-репульпации.
В качестве нанометаллов, использовались, порошки наночастиц алюминия с размером частиц 15-50 нм, платины с размером частиц 15-50 нм, железа с размером частиц 15-50 нм, никеля с размером частиц 15-50 нм. В качестве коагулянта может быть применен полиоксихлорид алюминия PAC (PAX-PS), титановый коагулянт (ТУ 262212-001-45527070-2001), гидроксохлорид алюминия (ТУ 6-00-05795731-250-96), сульфат алюминия (ГОСТ12966-85).
Способ удаления водорастворимых примесей многократной декантацией-репульпацией был реализован при очитки суспензий Пигментов оранжевого Ж и красного FGR (рисунок 3),
А Б
Рисунок 3 Структура азопигмента: а - оранжевого Ж; б - красного FGR,
В качестве водорастворимых примесей при синтезе пигмента оранжевого Ж образуются соли NaCl, Na2SO4, а так же в суспензии азопигмента присутствует HCl, H2SO4, получение пигмента красного FGR сопровождается образованием солей NaCl, Na2SO4, в качестве кислоты суспензия содержит HCl. Состав ионов содержащихся в жидкой фазе этих азопигментов одинаков и состоит из Н+, Na+, Cl-, SO42-. Согласно теории формирования ДЭС вокруг частицы органических веществ [5] формируется потенциалоопледеляющий слой за счет отрицательно заряженных ионов, а слой противоионов соответственно из положительно заряженных. На основании анализа величин энергии связи ионов хлора и сульфатной группы с частицами Пигмента оранжевого Ж и красного FGR рассчитанных при помощи пакета программ Firetly, наиболее вероятным будет формирование потенциалоопледеляющего слоя ионами хлора, а слоя противоионов ионами натрия. Иноны сульфагруппы и водорода будут в основном размещены в диффузионном слое.
При максимальном удалении ионов водорастворимых примесей из диффузионного слоя в суспензию вводятся наночастицы никеля и алюминия размером 15-50 нм., согласно выполненному расчету энергия связи ион - наночастица металла на 18-47% выше чем энергия связи ион - частица азопигмента (таблица 1).
Таблица 1. Значения энергии связи, рассчитанные с помощью программы Firetly
№ |
Наименование связи |
Ед. изм. |
Значение |
|
1 |
Пигмент оранжевый Ж-ион хлора |
кДж/моль |
156 |
|
2 |
Пигмент оранжевый Ж- сульфат ион |
кДж/моль |
47 |
|
3 |
Пигмент красный FGR- ион хлора |
кДж/моль |
118 |
|
4 |
Пигмент красный FGR- сульфат ион |
кДж/моль |
34 |
|
5 |
Наночастица никеля - ион натрия |
кДж/моль |
196 |
|
6 |
Наночастица никеля- ион водорода |
кДж/моль |
98 |
|
7 |
Наночастица алюминия - ион натрия |
кДж/моль |
171 |
|
8 |
Наночастица алюминия - ион водорода |
кДж/моль |
71 |
|
9 |
Наночастица железа - ион натрия |
кДж/моль |
192 |
|
10 |
Наночастица железа - ион водорода |
кДж/моль |
91 |
|
11 |
Наночастица платины - ион натрия |
кДж/моль |
224 |
|
12 |
Наночастица платины - ион водорода |
кДж/моль |
124 |
Реализация вышеизложенного способа удаления водорастворимых примесей из суспензий азопгименов оранжевого Ж и красного FGR с использованием в качестве промывной жидкости на третьем цикле репульрации-декантации артезианской воды содержащей наночастицы железа, никеля или платины с концентрацией 5Ч10-3 кг/м3 позволила получить следующие результаты эффективности удаления примесей с поверхности частиц органического вещества (таблица 2).
Таблица 2. Эффективность удаления водорастворимых примесей
Наночастицы используемые при репульпации |
Общее кол-во промывных вод, м3 |
Характеристики отмытой сгущенной суспензии |
||
Концентрация водорастворимых примесей в жидкой фазе, кг/м3 |
Концентрация водорастворимых примесей сорбированных на твердой фазе, кг/м3 |
|||
Пигмент оранжевый Ж |
||||
Без наноматериала* |
66 |
0,35 |
0,18 |
|
Железо |
44 |
0,21 |
0,10 |
|
Никель |
44 |
0,22 |
0,10 |
|
Платина |
44 |
0,21 |
0,09 |
|
Пигмент оранжевый FGR |
||||
Без наноматериала* |
70 |
0,30 |
0,17 |
|
Железо |
40 |
0,28 |
0,09 |
|
Никель |
40 |
0,29 |
0,10 |
|
Платина |
40 |
0,27 |
0,07 |
*- процесс многократной репульпации-декантации осуществлялся до достижения требуемой концентрации водорастворимых примесей в пасте азопигментов с использованием на каждом цикле объема воды равного объему сгущенной суспензии, (количество циклов для Пигмента оранжевого Ж - 6, для Пигмента красного FGR - 7).
На основании полученных данных (таблица 2), можно сделать следующие выводы:
1. Использование при отмывке тонкодисперсных органических продуктов многократной репульпации-декантации водами содержащими наночастицы металлов позволяет снизить количество промывных вод на 40-43%, при одновременном повышении характеристик качества (колористическая концентрация) на 20-40%.
2. Максимальная эффективность процесса разрушения ДЭС у частиц азопигмента обеспечивается наночастицами платины, а так же наночастицами железа или никеля.
водорастворимый азопгимент вода наночастица
Список литературы
1. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей / Б.И. Степанов. - М.: Химия, 1984. - 592 с.
2. Захарченко В.Н. Коллоидная химия. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа. 1989г. - 237с.
3. Салем Р.Р. Теория двойного электрического слоя. - М.: Физматлит, 2003. - 104с.
4. Статья Маши
5. Мягченков В.А. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: КолосС. 2007. - 187 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Механизмы образования двойного электрического слоя. Потенциал течения и седиментации. Релаксационный эффект и электрофоретическое торможение. Современная теория строения двойного электрического слоя. Практическое использование электрокинетических явлений.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.11.2015Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе. Физико-химические свойства железа, кобальта и никеля. Свойства соединений железа в степенях окисления. Цис-, транс-изомерия соединений платины.
реферат [36,7 K], добавлен 21.09.2019Исследование основных загрязнителей оборотных вод и факторов, влияющих на качество воды. Характеристика методов удаления грубодисперсных примесей из воды, классификации очистных фильтров. Описания обессоливания воды в установках с неподвижным слоем.
реферат [676,7 K], добавлен 11.10.2011Интенсификация процесса конвективной коагуляции примесей воды. Определение оптимальных доз реагентов. Подвижность примесей воды в процессе коагуляции. Предварительная обработка воды окислителями. Физические методы интенсификации процесса коагуляции.
реферат [36,1 K], добавлен 09.03.2011Поступление газов в воду и необходимость их удаления. Предотвращение коррозии оборудования. Способы удаления газов из воды. Повышение эффективности дегазации путем десорбции. Технологические особенности деаэрации и влияние температуры. Виды аппаратов.
презентация [13,9 M], добавлен 10.12.2013Процесс выделения взвешенных частиц из воды при фильтровании. Образование порового канала слоя. Соотношение диаметров поры и зерна загрузки. Объем фильтрующей загрузки. Изменение концентрации взвеси в воде. Технология осветления воды на насыпных фильтрах.
презентация [200,4 K], добавлен 10.12.2013Строение молекулы воды. Водородные связи между молекулами воды. Физические свойства воды. Жесткость как одно из свойств воды. Процесс очистки воды. Использованием воды, способы ее восстановления. Значимость воды для человека на сегодняшний день.
презентация [672,3 K], добавлен 24.04.2012Метод очистки воды путем изменения ее ионного состава вплоть до полного удаления растворенных примесей. Сополимеризация стирола и дивинилбензола. Понижение концентрации иона в растворе в результате его удержания ионитом. Понятие электронейтральности.
презентация [1,6 M], добавлен 10.12.2013Условные показатели качества питьевой воды. Определение органических веществ в воде, ионов меди и свинца. Методы устранения жёсткости воды. Способы очистки воды. Приготовление рабочего раствора сернокислого калия. Очистка воды частичным замораживанием.
практическая работа [36,6 K], добавлен 03.12.2010Краткая характеристика суперконденсаторов. Принцип действия ионисторов различного типа, суперконденсаторов на основе гидроксида никеля. Физико-химические свойства гидроокиси никеля, способы синтеза. Получение химическим способом в лабораторных условиях.
дипломная работа [864,4 K], добавлен 13.10.2015