XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

В последние годы серьезную озабоченность исследователей вызывает загрязнение окружающей среды. Использование фосфатных соединений в моющих средствах в качестве добавки привело к эвтрофикации, что привело к тому, что промышленность стала производить экологически чистые моющие средства. Кумулятивная природа фосфатов привлекает внимание с точки зрения проблем нашего исследования. Около 5% всего производимого в мире фосфата используется в производстве моющих средств.

Использование экологически чистых поверхностно-активных веществ и строительных материалов из дешевых возобновляемых источников в составе синтетических моющих средств - растущая тенденция в стиральной промышленности [1].

Значительное количество публикаций посвящено вопросу замены фосфатов в синтетических моющих средствах. Этот вопрос будет рассмотрен в следующих работах. По исследованиям зарубежных ученых Кохсарян, Э., Анбия, М., Сепехрян, М., Махсодлу, М. «Поверхностный гидротермальный синтез иерархического цеолита натрия как бесфосфатного детергента» в сравнении с промышленными и синтетическими образцами фосфата. моющие средства на основе добавок экологически чистого цеолита показали высокую эффективность порошковой очистки [2].

Кохсарян, Э., Анбия, М., Махсодлу, М. в исследовании под названием «Использование цеолитов в качестве безфосфатных моющих добавок: обзор» описали приготовление иерархического цеолита NaP для получения бесфосфатного резервуара для моющего средства в качестве альтернативы. к экологическому выздоровлению от эйфории. [3]

Целью данной работы является изучение адсорбционных свойств природного минерала цеолита месторождения Кырашского сельского округа. Для достижения этой цели ставятся следующие задачи:

- Изучено кумулятивное действие фосфатов;

- изучены экологически чистые заменители фосфата;

- Определена эффективность цеолитов в синтетических моющих средствах.

Объект и методы исследования

В качестве объекта исследования были использованы образцы цеолита типа NaA. (Кызылординская область, Кырашский сельский округ). Исследование проводилось в лаборатории кафедры экологии и химии.

Методы исследования, используемые в исследованиях:

⦁ Комплексометрическое титрование;

⦁ Фотоколориметрические методы;

⦁ Электронная микроскопия;

⦁ Лазерная дифракция.

Сорбционную емкость образцов цеолита оценивали по способности получать катионы кальция (водная связывающая способность, мг CaO / г) из водных растворов его солей в соответствии с методом комплексометрического титрования в присутствии индикатора мурексида. Фотоколориметрические методы использовались для определения количества фосфата в сточных водах. Этот метод основан на взаимодействии фосфат-ионов в кислой среде с молибдатом аммония и образовании фосфорно-молибденовой гетерополиевой кислоты. Если массовая концентрация фосфат-ионов в анализируемой пробе превышает верхний предел, допустимо разбавить пробу так, чтобы концентрация фосфат-ионов соответствовала этому диапазону. Точность определения фосфатов в этом диапазоне концентраций составляет ± 0,01-0,02 мг / дм3; чувствительность 0,01 мг / дм3. Рентгенофазовый анализ образца глины проводился на дифрактометре C-ray с графитовым монохроматором во втором пучке. Качественный фазовый состав определяли путем сравнения полученных дифрактограмм с эталонными дифрактограммами известных фаз каолинита [4]. Размер и морфологию кристаллов в исследуемых образцах цеолитов оценивали с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Электронная микроскопия - это совокупность методов исследования микроструктуры тел (до атомно-молекулярного уровня), их локального состава и локализованных на поверхности или микронах электрических и магнитных полей с помощью электронных микроскопов. Размер частиц образцов цеолита определяли методом лазерной дифракции. На основе модели рассеяния света, используемой методом лазерной дифракции, можно получить информацию о распределении частиц по размерам путем измерения интенсивности светорассеяния и определения ее зависимости от угла рассеяния, длины волны и поляризации света. Это абсолютный метод, не требующий калибровки [5].

Результаты, анализ и обсуждение

Цеолиты определенно являются универсальными твердыми веществами. Они уникальны своей способностью сочетать ионообменные и адсорбционные свойства, а также способностью изменять свойства с помощью различных методов обработки после синтеза или синтеза в молекулярном сите, необходимом для конкретного процесса [6]. Одним из основных показателей, определяющих возможность использования цеолита в качестве моющего средства при производстве синтетических моющих средств, является его сорбционная способность по кальцию, которая оценивается по эффективности процесса получения катионов кальция из водных растворов его солей. Основным фактором, определяющим наличие компенсаторных катионов натрия в процессе ионного обмена и, следовательно, сорбционную способность цеолита по кальцию, является, прежде всего, размер входного окна, зависящий от типа и фазовой однородности цеолита [7]

Эндотермический эффект в интервале температур 400-650 ° С (рис.1), наблюдаемый при нагревании образца глины, соответствует процессу дегидроксилирования каолинита, сопровождающегося потерей массы 11,58%, что сопровождается одновременным образованием Рентгеноаморфная фаза метакаолинита. После нагревания образца глины до температуры 650 ° C характерные для каолинита пики исчезают. Согласно представленным данным, переход каолинита в метакаолинит завершается при температуре около 650 ° C, в связи с чем может быть выбрана заданная температура для процесса термической активации глины.

Рисунок 1 - Результаты дериватографического анализа каолиновой глины.

№ Количественный и качественный фазовый состав образцов, образованных синтезом 1-15, приведен в таблице. Первая строка данных образцов описывает преобладающий фазовый состав цеолитной фазы образцов NaA типа № 1-4, образованных синтезом при различных температурах процесса кристаллизации: образцы № 1-3 составляют 95-96%, образцы № 4 - 95-96%. 100%, что в первую очередь связано с этим рядом, является основной причиной его способности связываться с кальцием.

Получение фазы материнского цеолита типа NaA со значительной сорбционной способностью кальция в серии 5-7 1, 5-7 образцов (таблица 1), образованных синтезом в различных условиях процесса кристаллизации, максимальное время процесса кристаллизации в этой серии устанавливается для образцов №7. При минимальной продолжительности процесса - три часа (образец №5) - отсутствует эффективность гидротермальной обработки первичного аморфного сырья в растворе гидроксида натрия, что подтверждается небольшой долей фазы цеолита типа NaA в этом растворе. образец, что приводит к низкой связывающей способности кальция.

В серии образцов № 1, 8-10, полученных при различных концентрациях кристаллизационного раствора (табл. 1), описаны образцы № 9 и 10 с однородным фазовым составом. Для образцов № 8, сформированных синтезом при концентрации раствора гидроксида натрия 1,8 моль / л, доля цеолитовой фазы типа NaA незначительна, что связано с неполной кристаллизацией первичного метакаолинита при низких концентрациях щелочного раствора.

Среди образцов № 1, 12-15, характеризующихся разными значениями соотношения реагентов, максимальное значение цеолитной фазы типа NaA (96%) и, как следствие, максимальное значение способности связывать кальций № 1, 13 и 14 образцы. Для образца с минимальным соотношением № 12 в предложенной серии доля фазы цеолита типа Naol составляет всего 69%, что может быть связано с неполной кристаллизацией первичного метакаолинита, что является причиной низкой сорбционной способности этот образец для кальция. № Независимо от одинакового фазового состава образцов 4, 7, 9 и 10 величина их кальцийсвязывающей способности различна (табл. 1). Известно, что одним из критериев определения сорбционной и ионообменной емкости цеолитов является количество кристаллитов.

Таблица 1 - Фазовый состав и характеристики кристаллической структуры образцов цеолита, сформированных синтезом

Заключение. В настоящее время сложно предоставить конкретный заменитель фосфата в SRP. Несмотря на законодательные инициативы, производство ГЧП продолжается. Это связано с определенными недостатками и дороговизной заменителей фосфата.

Исследование проводилось в лаборатории кафедры экологии и химии. В результате исследования было подтверждено, что химический состав проб, отобранных на станции сбора сточных вод в г. Туркестан, превышал ПДК по фосфатам до максимального уровня 8,0 мг / л.

Установлено, что месторождение Кырашского сельского округа эффективно для производства отечественного моющего средства каолиновой глины на основе цеолита типа NaA. Оптимальные условия получения фазового цеолита типа NaA из каолиновой глины: термическая активация при температуре 650 ° С в течение двух часов, с превращением каолинита 99% в метаколинит, температура процесса кристаллизации в растворе гидроксида натрия - 150 ° С, продолжительность - не менее 9 ч, раствор гидроксида натрия. Л, мольное соотношение «Al2Si2O7: NaOH» - 1: 6 моль / моль.

Материалы статьи могут быть использованы как пособие для специалистов, работающих в области промышленной экологии, водоподготовки, сельского хозяйства, медицины.

Использованная литература

[1] Koohsaryan, E., Anbia, M., Sepehrian, M., Maghsoodlu, M. Facile. Hydrothermal Synthesis of Hierarchical Sodium P Zeolite as a Nonphosphate Detergent Builder. // Environmental Chemical Engineering- 2021. - С. 85-97.

[2] Ayele, L., Pérez, E., Mayoral, Á., Chebude, Y., Díaz, I. Synthesis of zeolite A using raw kaolin from Ethiopia and its application in removal of Cr(III) from tannery wastewater // Chemical Technology and Biotechnology. - 2018. - С. 146-154.

[3] Koohsaryan, E., Anbia, M., Maghsoodlu, M. Application of zeolites as non-phosphate detergent builders: A review. // Environmental Chemical Engineering. - 2020.

[4] WWW-МИНКРИСТ. Кристаллографическая и кристаллохимическая база данных для минералов и их структурных аналогов (http://database.iem.ac.ru/mincryst/ rus/index.php).

[5] Nandi, S., Collins, S., Chakraborty, D., Banerjee, D., Thallapally, P.K., Woo, T.K.,Vaidhyanathan, R. J. // Journal of the American Chemical Society.- 2017. Vol.5- № 139. – C. 1734-1737

[6] Eduardo Falabella Sousa-Aguiar, Pedro Augusto Arroyo, Maria Angélica Simões Dornellas de Barros and Jussara Lopes de Miranda. The Future of Zeolite and MOF Materials. -Amsterdam university press, 2018. - C. 307-342

[7] Kurbaniyazov, S.K., Shalabayeva, G.S., Abdimutalip, N.A., Toichibekova, G.B., Aripzhan, G.Z. Main properties of zeolites and their multipurpose application. // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences.- 2017. – Vol.5 - № 425. - C. 244-248