Извлечение аммиака из сточных вод текстильного производства (стр. 4 из 5)
Глава 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 8-ОКСИХИНОЛИНА ПРИ УДАЛЕНИИ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ТЕКСТИЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Проблема очистки сточных вод в текстильной промышленности стоит достаточно остро. Значительное число предприятий отрасли или совсем не имеет очистных сооружений, или имеющиеся системы не обеспечивают очистку СВ до уровня существующих требований. В сложившейся ситуации наиболее целесообразным считают организацию системы оборотного водопользования и систему локальной очистки с выделением из общего числа стоков наиболее вредных по составу, например, содержащих тяжелые металлы [1].
В текстильной промышленности наиболее загрязненными в токсикологическом отношении являются сточные воды красильно-отделочного производства. Многие красители содержат в своем составе металлы, а в технологии крашения или отделки используются металлсодержащие химические реактивы. В результате в сточных водах обнаруживаются тяжелые металлы, например, хром, медь, железо, в количествах, намного превышающих допустимые нормы [2].
Таким образом, существующие в настоящее время на текстильных предприятиях системы очистки сточных вод от тяжелых металлов не позволяют достичь значений предельно допустимых концентраций, а предлагаемые методы глубокой очистки требуют больших материальных затрат, соизмеримых со стоимостью самого производства. Поэтому задача создания доступного и эффективного способа удаления ТМ из СВ текстильных предприятий является актуальной.
Содержание ионов металлов в сточных водах текстильных предприятий, в отличие от предприятий металлообрабатывающей, химической промышленности и ряда других производств, относительно невелико - от единиц до десятых и сотых долей мг на литр. Удаление ионов из их разбавленных растворов представляет наибольшую трудность. Достаточно эффективным приемом в этом случае является перевод металла из растворенной в осажденную форму с произведением растворимости, не превышающим 1.10-8 [3]. На практике ТМ обычно удаляют осаждением в виде гидроксидов, ПР которых значительно меньше указанной величины. Однако образующийся осадок имеет рыхлую структуру, повышенную растворимость за счет высокого солевого фона сточных вод. В случае низкоконцентрированных растворов металлов образуется слабый коллоидный раствор, требующий дальнейшей операции - коагулирования.
Известен целый ряд органических соединений, которые образуют с ионами металлов малорастворимые комплексные соединения. В настоящей работе изучается возможность использования 8-оксихинолина (оксина) для реагентного выведения ионов тяжелых металлов из сточных вод текстильных предприятий. Действие этого соединения определяется наличием в его молекуле функциональной группировки гетероциклического азота
N- с основными свойствами в сочетании с фенольной R-OH группой, обусловливающей кислотные свойства реагента. В результате в растворе оксихинолин взаимодействует с ионами многих металлов в широкой области концентраций ионов водорода, образуя устойчивые, малорастворимые хелатные соединения [4]:\
Важнейшая особенность 8-оксихинолина состоит в том, что он взаимодействует с ионами элементов при тех же значениях рН, при которых эти ионы начинают гидролизоваться, а произведения растворимости образующихся комплексов, особенно двухвалентных металлов, на несколько порядков ниже, чем значения ПР соответствующих гидроксидов. Предлагаемый препарат не селективен, и его избыток может быть удален с осадком других металлов, например, железа или алюминия, которые вводятся в СВ в качестве коагулянтов.
Для выявления возможности и условий осаждения ионов металлов из их разбавленных растворов с помощью оксихинолина проводили предварительные исследования на имитаторах металлсодержащих сточных вод, в качестве которых использовали растворы ионов металлов - сульфата меди (II) концентрации 7,8.10-6 моль/л. Осадитель-комплексообразователь готовили в виде раствора концентрации 7.10-3 моль/л в уксусной кислоте при рН 3,5, гидроксида натрия - при рН 13 и в этиловом спирте. Определенный объем 50 мл исходного раствора металла смешивали с необходимым количеством раствора лиганда и доводили до заданного значения рН раствором NaOH концентрации 0,1 моль/л. Полученный раствор выдерживали при комнатной температуре для вызревания осадка в течение нескольких часов. Реакции образования оксихиналинатов металлов протекают быстро и необратимо. Для визуального наблюдения осадка использовали стадию созревания, т.к. общее количество ионов меди в каждом опыте не превышало 0,025 мг. В зависимости от условий осаждения наблюдали светло-зеленые кристаллы образовавшихся комплексов. Количество оставшихся в растворе ионов металла определяли экстракционно-фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом свинца в CCl4 [5]. Взаимодействие ионов меди с оксихинолином проводили при различных значениях концентрации водородных ионов и соотношениях металл : лиганд, равных 1:3, 1:6, 1:9. Осадитель-комплексообразователь 8-оксихинолин малорастворим в воде, поэтому исследовали его растворимые формы в кислоте, щелочи и спирте. Установлено, что наиболее устойчивой формой осадителя являются его кислые, в данном случае ацетатные, растворы. Приготовленный специальным методом, он может храниться почти неограниченно долго. Спиртовый и щелочной растворы оксина, менее устойчивые во времени, лучше использовать свежеприготовленными и хранить на холоде при защите от света.
Видно, что для щелочной формы оксина область максимального извлечения ионов меди (90-92 %) наблюдается в широком интервале концентраций ионов водорода, рН 5-11. Для кислой и спиртовой форм максимальная степень удаления ниже, не более 80-86 %, и достигается в более узком диапазоне рН - 7,5-9,5. Оксихинолин, как слабое основание, в кислой среде значительно протонируется и находится, главным образом, в виде катиона H2R+. В результате многие металлы уже в кислой среде реагируют с лигандом, замещая атом водорода в фенольном гидроксиле и образуя координационную связь с азотом. При этом выделяются два протона, раствор несколько закисляется. Снижение рН для кислой формы оксихинолина особенно характерно при осаждении в нейтральной и слабощелочной среде (табл.). В щелочных растворах лиганд находится в виде аниона R-, и образование комплекса происходит без заметного изменения кислотности среды. В результате комплекс Cu2+ c оксином в щелочной форме устойчив в более широкой области концентраций ионов водорода, чем комплекс Cu2+ с оксином в кислой форме (рис. 1).
Для оценки растворимости оксихинолятов меди раствор реагентов после смешения выдерживали в течение нескольких часов и контролировали образование осадка. Было замечено, что комплексы, полученные лигандом в форме катиона, в области максимального выхода в зависимости от времени вызревания образуют ярковыраженный осадок - светло-зеленые хлопья, иглы или пучки. Для спиртовой формы при осаждении Cu2+ наблюдали хлопьевидный осадок, который со временем растворялся. При взаимодействии Cu2+ с оксином в анионной форме раствор оставался практически прозрачным при выстаивании до 72 часов и девятикратном избытке лиганда. Следует отметить, что в отсутствии комплексообразователя при добавлении щелочи к раствору меди вплоть до рН 12 осадок гидроксида металла не образовался. Следовательно, наибольшей растворимостью при одинаковых условиях обладают медные комплексы щелочной формы оксина, наименьшей - кислой. Различные значения максимальной степени извлечения ионов меди растворами оксихинолина в кислой, щелочной и спиртовой формах (рис. 1), по-видимому, можно объяснить различными значениями констант устойчивости образующихся комплексов К и произведений растворимости ПР их осадков.