Содержание к диссертации
Введение 4
1 .Обзор литературы 8
1.1 Устойчивость дисперсных систем 8
1.2 Строение двойного электрического слоя 10
1.3 Теория устойчивости гидрофобных дисперсных систем (теория ДЛФО) 12
1.4 Механизмы коагуляции 18
1.5 Влияние заряда иона-коагулятора на агрегативнуто устойчивость коллоидных систем 20
1.6 Кинетика коагуляции 22
1.7 Температурная зависимость агрегативной устойчивости 27
1.8 Лигнин. Распространение в природе, строение, свойства и применение 31
1.9 Электроповерхностные свойства и коагуляция сульфатного лигнина в водных растворах электролитов 39
2. Объекты и методы исследования 45
2.1 Объекты исследования 45 2.1.1 Характеристика сульфатного лигнина 45
2.2 Методы исследования 46
2.2.1 Приготовление рабочих растворов 46
2.2.2 Определение концентрации сульфатного лигнина в системах 47
2.2.3 Спектрофотометрический метод исследования 48
3. Результаты экспериментов и их обсуждение 53
3.1 Коагуляция сульфатного лигнина серной кислотой 53
3.2 Коагуляция сульфатного лигнина соляной кислотой 74
3.3 Температурная зависимость агрегативной и седиментационнои устойчивости сульфатного лигнина 93
Выводы 106
Список литературы
Введение к работе
Проблема устойчивости дисперсных систем до сих пор является одной из центральных в коллоидной химии. Несмотря на огромное число работ в этой области [1-7], обсуждающих природу агрегативной устойчивости (теория ДЛФО и ее дальнейшее развитие) и закономерностей, связанных с ее потерей - коагуляцией (кинетика быстрой, медленной и обратимой коагуляции), многие вопросы остаются еще исследованными недостаточно. К ним, в частности, относятся роль сольватации (гидратации) частиц, влияние температуры, а также концентрации дисперсных частиц.
Помимо общенаучного (фундаментального) значения решение этих вопросов имеет большое прикладное значение. Так, исследование агрегативной и седиментационной устойчивости водных дисперсий сульфатного лигнина, образующегося при сульфатном способе варки древесины, является важным для решения широкого круга вопросов химической технологии переработки древесины, а также охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
В настоящее время этот способ варки древесины является наиболее распространенным и водоемким. В результате делигнификации древесины получают два продукта: сульфатную целлюлозу и черный щелок. Теоретически этот способ должен быть безотходным, так как черные щелока перерабатываются и при их регенерации получают химические компоненты, которые используются вновь в варочных процессах в основной технологии. Однако, как показывает практика, не весь объем черных щелоков извлекается и направляется на регенерацию. В результате обслуживания технологического оборудования и переливов образуются сточные воды, основным загрязняющим компонентом которых является сульфатный лигнин.
Большой объем загрязнении, сбрасываемых в водные объекты целлюлозно-бумажными предприятиями, связан с низкой эффективностью, а нередко и отсутствием локальных систем очистки, основное назначение которых — максимальное замыкание водооборота в конкретном технологическом процессе, очистка от специфических загрязнений [8].
Как было отмечено выше, специфическим загрязнением сульфатного производства целлюлозы является сульфатный лигнин, который наиболее целесообразно удалять на стадии образования и выделения щелокосодержащего потока сточных вод до системы централизованной биологической очистки, так как существующие методы биологической очистки практически его не удаляют. В связи с этим требуется применение и детальная разработка физико-химических, и в частности, коагуляционных методов. Поэтому для проектирования и обоснования систем локальной очистки и доочистки сточных вод от этого специфического компонента необходимо иметь информацию о коллоидно-химических свойствах водных растворов сульфатного лигнина. Выбор и обоснование методов физико-химической очистки, нахождение оптимальных условий удаления лигносодержащих компонентов представляет важную для практики задачу.
Следует также отметить, что сульфатный лигнин и его производные являются ценнейшими сырьевыми материалами, которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Так как щелочной лигнин в химическом отношении является весьма активным веществом, он может быть использован при производстве пластических масс в качестве заменителя фенола, в резиновой промышленности - как заменитель сажи, из лигнина также получают медицинские препараты - сорбенты [9-11].
Таким образом получение новой информации об агрегативной устойчивости водных дисперсий сульфатного лигнина может представлять интерес как для фундаментальной науки - коллоидной химии, так и для решения прикладных задач, связанных с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов.
Цель и задачи исследования.
Целью работы являлось исследование влияния концентрации сульфатного лигнина, температуры и введенных электролитов на агрегативную и седиментационную устойчивость его дисперсий в воде.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи: 1 .Исследовать агрегативную и седиментационную устойчивость водных дисперсий сульфатного лигнина в широком диапазоне рН(1,5-12) и концентраций сульфатного лигнина (25-1000 мг/л). 2.Исследовать зависимость агрегативной и седиментационнои устойчивости водных дисперсий сульфатного лигнина в присутствии дополнительно введенного электролита NaCI (0,1 ;1 моль/л). 3.Исследовать влияние температуры на агрегативную и седиментационную устойчивость дисперсий сульфатного лигнина в водных растворах электролитов. Научная новизна. В ходе данной работы впервые:
Показано, что рост концентрации сульфатного лигнина от 25 до 1000 мг/л приводит к сдвигу рН начала коагуляционного и седиментационного выделения сульфатного лигнина в менее кислую область рН,
Показано, что введение фонового электролита NaCI (0,1; 1,0 моль/л) приводит к дальнейшему сдвигу рН начала коагуляционного и седиментационного выделения сульфатного лигнина в менее кислую и далее в щелочную область рН.
Дано теоретическое обоснование наблюдаемому смещению рН начала коагуляционного выделения сульфатного лигнина по мере роста концентрации сульфатного лигнина. Определен размер образующихся агрегатов частиц сульфатного лигнина, отвечающих началу фиксируемой экспериментально их задержке при фильтрации. - Показано, что увеличение температуры от 25 до 80°С приводит к понижению агрегативной и седиментационной устойчивости водных дисперсий сульфатного лигнина и в связи с этим к увеличению эффективности коагуляционного и седиментационного выделения сульфатного лигнина, которое при концентрации сульфатного лигнина 1000мг/л достигает 97%.
Практическая ценность.
Полученные данные могут представлять значительный интерес для практики, так как позволяют оптимизировать существующий процесс выделения сульфатного лигнина из щелокосодержащих потоков и разрабатывать системы локальной очистки этих стоков.
