II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010

Несмотря на широкий спектр применения, ПАВ оказывают негативное воздействие на экологию и организм человека. Значительную часть антропогенной нагрузки, приходящейся на поверхностные водные объекты, составляют сточные воды, содержащие синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), которые входят в состав всех хозяйственно-бытовых и большинства промышленных сточных вод. Попадая в водоёмы, ПАВ активно участвуют в процессах перераспределения и трансформации других загрязняющих веществ (таких как хлорофос, анилин, цинк, железо, бутилакрилат, канцерогенные вещества, пестициды, нефтепродукты, тяжёлые металлы и др.), активизируя их токсическое действие. С ПАВ связано 6-30 % меди, 3-12 % свинца и 4-50 % ртути в коллоидной и растворённой форме. Незначительной концентрации ПАВ (0,05-0,10 мг/дм³) в воде достаточно, чтобы активизировать токсичные вещества.

Большинство ПАВ и продукты их распада токсичны для различных групп гидробионтов: микроорганизмов (0,8-4,0 мг/дм³), водорослей (0,5-6,0 мг/дм³), беспозвоночных (0,01-0,9 мг/дм³) даже в малых концентрациях, особенно при хроническом воздействии. ПАВ способны накапливаться в организме и вызывать необратимые патологические изменения.

Многими исследователями отмечается зависимость степени и характера влияния ПАВ на водные организмы от химической структуры веществ. Наиболее сильное отрицательное влияние оказывают алкиларилсульфонаты, т.е. вещества, имеющие в своей молекуле бензольное кольцо, и некоторые неионогенные вещества. Менее всего токсичны ПАВ на основе полимеров, несколько токсичнее алкилсульфаты и алкилсульфонаты. Соединения, имеющие прямую боковую цепь, более токсичны, чем вещества с сильно разветвлённой углеродной цепью.

Одним из основных физико-химических свойств ПАВ является высокая пенообразующая способность, причём в сравнительно низких концентрациях (порядка 0,1 - 0,5 мг/дм³). Возникновение на поверхности воды слоя пены затрудняет тепломассообмен водоёма с атмосферой, снижает поступление кислорода из воздуха в воду (на 15-20 %), замедляя осаждение и разложение взвесей, процессы минерализации органических веществ, и тем самым ухудшает процессы самоочищения. Предельно допустимая концентрация (ПДК) ПАВ в воде водоёмов составляет 0,5 мг/дм³, неионогенных - 0,1 мг/дм³.

Некоторые нерастворимые ПАВ при попадании на поверхность воды образуют нерастворимые пленки, распространяющиеся при достаточной площади растекания в монослои.

В настоящее время наиболее применимыми методами для очистки сточных вод являются химические, физические методы, физико-химические (сорбция, пенное фракционирование, коагуляция, ультрафильтрация) биологическое окисление, выпаривание, озонирование. Выбор метода очистки от того или иного вида ПАВ зависит от концентрации ПАВ в сточных водах, химической природы ПАВ, от наличия в водных стоках органических и неорганических примесей, стоимости и необходимой степени очистки. Практика очистки сточных вод от ПАВ и сопутствующих примесей показывает, что наиболее рациональным является комбинирование физико-химических методов для обеспечения требуемой глубины очистки и её эффективности.

Целью нашей работы являлось определение адсорбционных свойств некоторых ПАВ, в частности, толщины пленки монослоя, образующейся на поверхности водного раствора и расчета чисел гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), определяющего функциональные свойства ПАВ. Объектом исследования являлись 10 ПАВ с числом углеродных атомов С₅-С₁₀ . Для них решались следующие задачи:

• 1) определение толщины адсорбционного слоя, соответствующей в предельном случае длине молекулы ПАВ, по методу определения поверхностного натяжения Ребиндера и расчет поверхностной активности ПАВ;
• 2) расчет и построение изотерм адсорбции Гиббса и расчет предела насыщения поверхностного монослоя;
• 3) расчет чисел ГЛБ ПАВ по методу, основанному на исследованиях Гриффина и формуле Дэвиса.

По результатам эксперимента для исследуемых ПАВ получены изотермы адсорбции, рассчитана  толщина адсорбционного слоя ПАВ, поверхностная активность ПАВ  и числа ГЛБ. В таблице 1 приведены полученные характеристики наиболее ярких представителей из исследуемых ПАВ. Из исследованных веществ наиболее ярко проявляет поверхностно-активные свойства себациновая кислота.

Ниже приведены изотерма поверхностного натяжения и изотерма адсорбции себациновой кислоты.

Таблица 1 - Адсорбционные и функциональные свойства некоторых ПАВ