Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Парфенова Лариса Николаевна

Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями
<
Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Парфенова Лариса Николаевна. Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 Архангельск, 2005 122 с. РГБ ОД, 61:05-2/415

Содержание к диссертации

Введение

1. Литературный обзор 10

Характеристика лигнинных полимеров техногенного и природного происхождения

1.2. Термодинамика взаимодействия лигнинов с растворителями различной природы

Современные представления о возможностях промышленного использования лигнина и направленного регулирования 29

свойств при его модификации

1.4 Заключение по литературному обзору 37

2. Методическая часть 39

Основные характеристики исследуемых образцов лигно-сульфонатов

Компонентный и функциональный анализ лигносульфона-

2.1.2 Гель-хроматографический анализ лигносульфонатов 39

2-2 Методика микрокалориметрических измерений 40

2.2.1 Устройство микрокалориметрического комплекса 40

2.2.2 Калибровка калориметра и погрешность измерений 44

2.3 Методика вискозиметрических измерений 45

3. Физико-химическая характеристика взаимодействия лигносульфо-натов с водно-солевыми системами

Гидродинамическая характеристика водно-солевых растворов лигносульфонатов

Влияние температуры и предварительно растворенного простого электролита на термохимические и гидродинамические характеристики водных растворов лигносульфонатов 76

4. Термохимические и гидродинамические параметры взаимодействия лигносульфонатов с водно-этанольными растворителями

5. Влияние процессов ультрафильтрации и диализа на термохимические и вискозиметрические характеристики растворов лигносульфонатов

5.1 Краткая характеристика процессов ультрафильтрации и диализа.

Физико-химические характеристики взаимодействия лигно-сульфонатов, модифицированных мембранными методами, водно-этанольными растворами

6. Влияние технических и модифицированных лигнинов на свойства

105 искусственных почвогрунтов из отходов ЦБП

Основные выводы: 111

Список литературы

Введение к работе

Актуальность темы

Лигносульфонаты - водорастворимые сульфопроизводные биополимера лигнина. Они представляют собой побочный продукт при сульфитном способе производства целлюлозы. Лигносульфонаты (ЛС) -характеризуются многообразием ценных потребительских свойств, доступностью, относительно низкой стоимостью, что обуславливает их практическую значимость. Несмотря на широкий спектр возможных областей применения, весь объем лигносульфонатов, образующихся в результате варки древесины, не находит промышленного использования и создает экологические трудности для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, где применяется сульфитный способ варки целлюлозы.

В то же время лигносульфонаты можно рассматривать в качестве представителя группы биополимеров (соли гуминовых и фульво кислот, танниды и т.д.), играющих очень важную роль в природе. Считается, что в настоящее время для этой группы биополимеров, которую можно обозначить как водорастворимые ароматические полиэлектролиты растительного происхождения, нет достаточно надежных теорий, описывающих их поведение в растворах.

Как правило, в литературе свойства растворов лигносульфонатов и других полиэлектролитов рассматриваются в основном с позиций состояния полимера. В то же время в работе [1] указывается на существенное влияние структуры растворителя на физико-химические свойства растворов, и на связанную с этим специфику поведения водных растворов по сравнению с неводными системами.

Перспективность применения калориметрии в изучении систем лигнин растворитель впервые была показана в работах К.П.Мищенко и его сотрудников [2, 3]. В настоящее время имеются лишь отдельные исследования, посвященные термохимии взаимодействия некоторых препаратов лигнина с неводными растворителями. В литературе отсутствует информация относительно термохимических характеристик водорастворимых лигносульфонатов.

Т.о. исследования, направленные на установление характера взаимодействия технических и модифицированных лигносульфонатов с растворителями различной природы с применением термодинамических и гидродинамических методов являются актуальными, так как результаты таких исследований и предлагаемые методологические подходы могут быть использованы для сравнительного анализа физико-химических свойств растворов других полиэлектролитов растительного происхождения.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Института экологических проблем Севера УрО РАН по темам: «Структура и свойства технических и модифицированных лигнинов»(№ Гос.регистрации 01.960.009723) и «Направленное регулирование свойств лигнинов и вторичных продуктов переработки древесины»(№ Гос.регистрации 01.200.110742).

Цель и задачи исследования

Основная цель данной работы - установить влияние природы растворителя и условий модификации полимера на термохимические и гидродинамические характеристики лигносульфонатов.

Для достижения поставленной цели в процессе исследований были решены следующие задачи:

Калориметрическим методом получить термохимические характеристики взаимодействия лигносульфонатов натрия с водно-солевыми и водно-этанольными растворителями;

Исследовать гидродинамические свойства технических и модифицированных лигносульфонатов методом вискозиметрии;

Изучить влияние температуры, состава бинарных растворителей на физико-химические свойства растворов лигносульфонатов;

7 Исследовать влияние условий модификации лигносульфонатов на термохимические и гидродинамические характеристики их растворов.

Научная новизна

Впервые методом калориметрии определены энтальпии взаимодействия технических и модифицированных лигносульфонатов с бинарными водно-солевыми и водно-этанольными растворителями в интервале температур 298-323 К и изучены вискозиметрическим методом свойства этих растворов.

Показано, что область кроссовера, характеризуемая критической концентрацией С*, отделяющей область разбавленных растворов от области умеренно концентрированных растворов (критерий Дебая) (C*=l/[yJ) для водных растворов лигносульфонатов соответствует~250 г/1000 г растворителя.

Установлено, что температурные коэффициенты Д(АН)/ДТ для водных растворов лигносульфонатов в отличие от водных растворов низкомолекулярных электролитов имеют положительное значение в интервале температур 293-323 К.

Охарактеризовано влияние предварительно растворенного электролита на физико-химические свойства системы лигносульфонат натрия вода - электролит. При добавлении соли - "структурообразователя" воды (MgS04) наблюдаются более высокие значения динамической и приведенной вязкостей, а также положительных значений энтальпий растворения лигносульфонатов по сравнению с введением электролита -"разрушителя" структуры воды (KN03).

Показано, что при помощи модификации лигносульфонатов методом ультрафильтрации можно получить модифицированные по молекулярной массе продукты, отличающиеся характером взаимодействия с растворителями.

Практическая значимость

Результаты термохимических и гидродинамических исследований и предлагаемые методологические подходы могут быть использованы для разработки новых методов контроля и сравнительного анализа физико-

8 химических свойств растворов лигносульфонатов и других полиэлектролитов растительного происхождения.

Данные о характере взаимодействия лигносульфонатов с водно -этанольными растворами могут быть использованы в научно-исследовательской практике для обоснования выбора состава растворителя при органосольвентной делигнификации древесины.

На защиту выносятся следующие положения:

Результаты термохимических и вискозиметрических исследований взаимодействия технических и модифицированных лигносульфонатов с бинарными водно-солевыми и водно-этанольными растворителями;

Закономерности влияния природы и концентрации предварительно растворенного вещества на физико-химические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями;

Результаты политермических исследований термохимических и гидродинамических свойств растворов лигносульфонатов;

Характеристика влияния ультрафильтрации и диализа на термохимические и гидродинамические свойства лигносульфонатов.

Личный вклад автора.

Автор принимал участие в формулировке цели и задач исследования, получении основного массива экспериментальных данных, их интерпретации, подготовке публикаций, сделанных по теме диссертационной работы.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийском научном Симпозиуме по термохимии и калориметрии (Нижний Новгород, 2004), Европейских совещаниях по лигноцеллюлозным материалам (Portugal, 1998), (Latvia, 2004); Международных Симпозиумах по химии древесины и целлюлозно-бумажному производству (Montreal, Canada, 1997), (Madison, USA, 2003).

9 По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

Бл агод ар ности

Автор благодарен своему научному руководителю д.х.н., профессору Г.М. Полторацкому, чье внимательное отношение и поддержка в большой степени способствовали написанию этой диссертации. Автор выражает признательность и благодарность за постоянную помощь и поддержку в работе научному консультанту д.х.н. Н.И.Афанасьеву, заведующей лабораторией химии лигнина к.т.н. Т.ФЛичутиной, а также всем коллегам, помогавшим на различных этапах выполнения и оформления работы.

Современные представления о возможностях промышленного использования лигнина и направленного регулирования

Современные представления о возможностях промышленного использования лигнина и направленного регулирования свойств при его модификации.

Вопросы образования, строения и химии природного лигнина достаточно подробно освещены в ряде книг и монографий. Эффективность переработки лигнинных веществ, особенности строения, свойства технических лигнинов также являлись объектом многочисленных исследований.

Из последних изданий необходимо отметить книгу Богомолова Б.Д., Сапотницкого С.А., Соколова О.М. с соавторами «Переработка сульфатного и сульфитного щелоков» (1989г.) [51], а также литературный обзор Тиранова П.П. «Технические лигнины их получение и использование» (1992г.) [52]. В них обобщены сведения о разработках в области получения и использования технических лигнинов, опубликованых в мировой печати в 70-80 гг.

Как справедливо отметил М.И.Чудаков, «наличие многочисленных вариантов утилизации лигнина является первым признаком отсутствия кардинального и всеобъемлющего решения этой проблемы. Многие предлагаемые способы переработки технических лигнинов невыполнимы из-за отсутствия комплексного решения, удовлетворяющего как технологический, так и эколого-экономический аспекты задачи» [53]. Во многих случаях экономическое обоснование способов использования лигнинав патентах или в журнальных статьях отсутствует или недостаточно аргументировано.

В то же время оптимальное направление использования лигнинных отходов должно быть технологически осуществимым, не вызывать дополнительного загрязнения окружающей среды.

В настоящее время научно обоснованный поиск таких решений продолжается. Примером тому служат подготовленные докторские диссертации. Н.И. Афанасьевым в работе «Структура макромолекул лигносульфо-натов в растворах и на границах раздела фаз» [17] сформирована научная концепция прогнозирования и регулирования поверхностно-активных свойств лигносульфонатов, предложены способы регулирования поверхностной активности лигносульфонатов путем изменения внешних условий, замены катиона, щелочного гидролиза, ультрафильтрационного разделения.

Автором разработан и апробирован в опытно-промышленных условиях способ получения поверхностно-активных добавок на основе лигно-сульфонатов методом ультрафильтрации и даны предложения по их применению в качестве сырья для получения ванилина, активирующих добавок в дорожном строительстве, эмульгирующего аддукта в композиции смазочно-охлаждающих жидкостей.

Ю.Г. Хабаровым в работе «Модификация технических лигнинов соединениями железа» [54] предложенные способы синтеза комплексов лиг-носульфоновых кислот и железа, позволившие получить продукты модификации с улучшенными потребительскими свойствами, при использовании методов радикального окислительного сочетания получен новый тип сорбентов на основе сульфатного лигнина, превосходящий синтетические аналоги по сорбционной емкости по отношению к катионам тяжелых металлов, разработаны новые фотометрические методы определения лигнинов в щелоках и сточных водах предприятий ЦБП.

Современные тенденции в развитии целлюлозно-бумажного производства находят свое отражение и в изменении направленности научно-технических разработок.

Исторически сложилось, что в России доля сульфитцеллюлозного производства в структуре ЦБП достаточно высока. Традиционно считается, что одним из главных минусов классической сульфитной варки является проблема загрязнения окружающей среды. Основными причинами повышенного воздействия на окружающую среду, и главным образом, на водоемы следует считать отсутствие систем регенерации химикатов и тепла из отработанных щелоков и ограниченность сбыта технических лигносульфонатов.

Загрязнения от сульфитцеллюлозных заводов по отношению к общему сбросу всех предприятий отрасли по растворенной органике состав ляет около 75%, а по пылегазовым выбросам около 65%. Многие развитые страны в целях улучшения экологической обстановки закрывают эти производства. Однако сохранившиеся сульфитцеллюлозные заводы европейских стран (Германия, Австрия, Чехия, Словакия) используют, как правило, новейшую технологию и оборудование и достигают значительных успехов в области охраны природы.

Подавляющее большинство сульфитцеллюлозных заводов применяют варку с магниевым основанием и регенерацией химикатов, в системе регенерации улавливают оксид магния и диоксид серы. При промывке применяют современные промывные установки, позволяющие достигать 98-99% степени отбора щелоков.

Вопросы применения современных модификаций сульфитного способа производства целлюлозы описаны в книге К.Г.Боголицына, В.М.Резникова «Химия сульфитных методов делигнификации древесины» [55]. Авторы считают, что развитие теории сульфитной делигнификации, практическая реализация мероприятий по внедрению новых разработок в этой области позволит укрепить позиции сульфит-целлюлозного производства, повысить выход целлюлозы, улучшить ее качество, расширить ле-сосырьевую базу и решить экологические проблемы.

В ОАО «НИИБ» проводятся работы по переводу отечественных сульфитцеллюлозных предприятий на модифицированную бисульфитную варку, в том числе с использованием магниевого основания, а также созданию и освоению систем регенерации химикатов и тепла из отработанных щелоков [56].

В современных экономических условиях при решении проблемы рационального использования лигнинных веществ следует исходить из того, что они представляют собой не отходы производства, а вторичные продукты, имеющие определенную стоимость.

Методика микрокалориметрических измерений

Втулки (16), изготовленные из материала с низкой теплопроводностью, служат для предотвращения выпадения ячеек при перевороте блока детектора.

Через одну из полуосей микрокалориметра выводятся провода от термоэлементов и клемм (17) для присоединения нагревателя электрической калибровки. Термостат микрокалориметра размещен в корпусе, на передней панели которого размещены органы управления двигателем переворота микрокалориметра и выключатель сети.

Ячейка микрокалориметра представляет собой тефлоновый стакан с герметичной крышкой, объемом 10 см , в который перед началом опыта помещается известное количество растворителя (в нашем случае 4 мл). На крышке стакана закрепляется тефлоновая капсула с растворяемым веществом. Далее ячейка термостатируется до получения стабильной нулевой линии. При проведении эксперимента капсула сбрасывается специальным толкателем. Перемешивание содержимого ячейки осуществляется переворачиванием внутренних блоков микрокалориметра.

Тепловой эффект взаимодействия регистрируется с помощью интегратора и самописца. Из полученных значений количеств теплоты для опыта по растворению и холостого опыта, который заключается в сбрасывании пустой капсулы, определяют интегральные теплоты растворения по следующей формуле: = -, (2.1) S где Q - количество теплоты, выделившееся или поглотившееся в опыте по растворению, Дж; Q - количество теплоты в холостом опыте, Дж; g - навеска,г.

Принимая во внимание, что лигнинные препараты характеризуются полидисперсностью (см. раздел 1), в данной работе использовались удельные, а не мольные энтальпийные характеристики взаимодействия лигносульфонатов с растворителями, как это было принято в ранее опубликованных работах по термохимии лигнинов [3].

Калибровка системы калориметр - усилитель - преобразователь осуществлялась встроенным токовым калибратором, помещенном внутри ячейки калориметра и позволяющим ввести в ячейки калориметра эталонные значения тепловой энергии, выделяемой на активном сопротивлении.

Разделение погрешностей по характеру вызывающих их причин представляет наиболее принципиальный тип классификации погрешностей любых измерений [68,69].

Систематические погрешности при измерении физико-химических величин могут возникать в силу принципиальных особенностей методики измерений - методическая погрешность или несовершенства измерительной схемы - инструментальная погрешность.

Наиболее общий способ обнаружения и оценки систематических погрешностей состоит в использовании образцов, стандартных по химическому составу и физико-химическим свойствам, а также эталонов различного типа. Стандартные вещества - это устойчивые во времени химические вещества высокой степени чистоты, обеспечивающие устойчивое воспроизведение химического свойства.

В данной работе для проверки работы калориметрического комплекса, а также для обнаружения и устранения систематических погрешностей установку калибровали при 298 К по теплоте растворения в воде хлористого калия, так называемого термохимического стандарта [70]. Результаты представлены в таблице в таблице 2.1.

Влияние температуры и предварительно растворенного простого электролита на термохимические и гидродинамические характеристики водных растворов лигносульфонатов

Одним из методов направленного воздействия на химическую систему, от которого зависит выход и скорость химического процесса, является влияние растворителя.

Роль и значение этого метода обусловлены тем, что примерно 199 из каждых двухсот известных современной химии процессов протекает с участием жидкой фазы [35]. Интенсивное развитие химии растворов за последние десятилетия позволило выдвинуть и обосновать многообразные теоретические и экспериментальные аспекты участия растворителя в химическом процессе.

Результаты Международной конференции в Иваново "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах" свидетельствуют о том, что неводные растворители широко вовлекаются в самые различные технологии [83]. Не стали в этом случае исключением и технологии переработки древесины.

Анализ литературных данных показывает, что глубина изменений компонентов древесины существенно меняется в зависимости от типа используемых растворителей, которые подбираются в основном эмпирически.

В настоящее время внимание исследователей концентрируется на добавках протонодонорных и апротонных растворителей. Это может объясняться значительной ролью водородных связей при взаимодействии компонентов древесины как между собой, так и с другими реагентами.

В отечественных и зарубежных исследованиях выявлен ряд положительных моментов добавок спиртов в варочные растворы [46, 47]. Установлено, что использование в качестве реакционной среды при делигни 77 фикации водно - спиртовых смесей создает условия для ускорения и лучшей селективности процесса.

С целью получения новых данных, необходимых для лучшего понимания механизмов взаимодействия лигнинных полимеров со смешанными водно-органическими растворителями были определены физико-химические характеристики тройной системы ЛС — вода - этанол.

Энергетика межмолекулярных взаимодействий может быть оценена либо по теплотам адсорбции, либо по теплотам смачивания. Ряд растворителей был выбран в соответствии с адсорбционно-термодинамическим методом исследования поверхностей [84].

По этому методу предварительно подготовленную поверхность ЛС зондировали органическими молекулами: бензолом, этанолом, метилэтил-кетоном, нитрометаном, пиридином, пентаном, гексаном и гептаном, выбранных по принципу электронодонорного, протонодонорного, ориента-ционного, электроно-акцепторного, протоно-акцепторного и дисперсионного взаимодействий соответственно.

Рисунок 4.1. иллюстрирует результаты определения теплот адсорбции методом газоадсорбционной хроматографии и теплот смачивания на образцах лигносульфонатов.

Линейная корреляция теплот адсорбции и теплот смачивания говорит о том, что обоими методами можно получить идентичные по информативности результаты. Предлагаемый метод позволяет определить, какой из выбранных молекулярных тестов наиболее эффективно взаимодействует с ЛС.

Самые большие значения теплот адсорбции и теплот смачивания наблюдаются в системе ЛС - этанол. Найденные энергетические характеристики лигносульфонатов позволяют предположить, что наиболее эффективно взаимодействуют с поверхностью ЛС протонодонорные растворите 50 af/fcf ґі тії 45 7 ж этанол Унитрометан 40 m пиридин Щ/ бензол 35 метилэтилкетон 40 60 -лН, Дж/г Рис. 4.1 - Корреляция теплот адсорбции (Aqst) и теплот смачивания (ДН) поверхности лигносульфонатов различными растворителями [84] ли, представителем которых является этанол.

Основываясь на результатах этих экспериментов, для следующего этапа работы в качестве компонента смешанного растворителя был выбран этанол.

Методом титрования растворов Л С концентрацией 0,1 -100 г/л 96% этанолом до точки помутнения была получена фазовая диаграмма для системы ЛС - вода - этанол, которая представлена на рисунке 4.2.

Далее измерения проводились в той области составов, где низкая растворимость не препятствует проведению калориметрического эксперимента. С помощью дифференциального микрокалориметра МКДП-2 были определены удельные энтальпии взаимодействия ЛС с водно-этанольными растворами различного состава (рисунок 4.3).

Из литературы известно значительное влияние структуры смешанных водно-неводных растворителей на термодинамические свойства растворов на их основе. Отмечается [1], что в водных растворах значительная доля суммарной величины теплоты растворения электролита (эндотермическая) тратится на отрыв молекул воды с преодолением связи вода-вода. Эта доля необходима для вступления воды в гидратные сферы ионов. Очевидно, что чем прочнее эти связи между молекулами растворителя, тем эндотермичнее процесс растворения.

В этой же работе приводится обзор представлений о структуре воды и смешанных водно-неводных растворителей. В модели структуры воды, предложенной О.Я. Самойловым, "ближняя упорядоченность может быть охарактеризована как нарушенный тепловым движением льдоподобный каркас, пустоты которого частично заполнены перемещающимися по ним молекулами воды". Появление экстремума на кривых зависимости теплот смешения от состава системы вода-спирт объясняется максимальной стабилизацией структуры воды в этой зоне, которая наступает, когда все пустоты в ажурной структуре воды заполнены молекулами спирта.

Физико-химические характеристики взаимодействия лигно-сульфонатов, модифицированных мембранными методами, водно-этанольными растворами

В настоящее время продолжает считаться актуальным научно обоснованный поиск оптимального направления использования лигнинных полимеров.

Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) и тепловые электростанции (ТЭС) являются одними из наиболее мощных источников отходов, в частности обезвоженного осадка станций биологической очистки промстоков, золы. Многочисленными исследованиями доказано, что зола гидроудаления получила наибольшее распространение как заполнитель при производстве строительных материалов и изделий, а также в качестве грунтового материала в насыпях автодорог и ограждающих дамбах [90,91]. Активный ил рекомендуется применять в сельском хозяйстве в качестве удобрения [92, 93]. Но, несмотря на достаточно обширные эксперименты по исследованию указанных отходов, объемы их использования в промышленности и сельском хозяйстве невелики. На территории Архангельской области располагаются три крупных предприятия целлюлозно-бумажной промышленности - Архангельский, Котласский и Солом-бальский ЦБК. Все они работают в комплексе с тепловыми электростанциями и производят биологическую очистку промышленных, а Солом-бальский комбинат еще и бытовых, сточных вод. Отходы этих производств занимают значительные территории и обостряют экологическую ситуацию в регионе. Известно также, что на сегодняшний день свободные территории для размещения накопителей вблизи комбинатов практически полностью исчерпаны.

Зола и обезвоженный активный ил (ОАИ) загрязняют воздушный и водный бассейны. С поверхности золоотвалов в атмосферу выдуваются пылевидные частицы, при разложении органических веществ на илонакопите лях выделяются газы. Загрязнение грунтовых и поверхностных вод происходит химическими соединениями, выносимыми инфильтрующейся водой.

Создание почвогрунтов из смеси золы и ОАИ позволит существенно снизить загрязнение окружающей среды.

При существующих способах химической переработки древесины в основном используется углеводная часть, а миллионы тонн лигнина не только не используются, но и существенно загрязняют окружающую среду.

Ранее была показана эффективность использования лигногуминовых полимеров в сельскохозяйственной практике [94, 95]. Считается весьма перспективным применение водорастворимых производных лигнина - лигно-сульфонатов для улучшения структуры почвы, введения и удержания в ней влаги, как удобрения [96].

Лигносульфонаты обладают важным свойством образовывать комплексы с некоторыми ионами металлов и применяются также для связывания и удаления из почвы элементов, в том числе тяжелых металлов (железа, меди и олова, кобальта, марганца, никеля, серебра, урана и цинка), препятствующих нормальному росту растений.

Цель данного этапа работы - изучение влияния технических и модифицированных лигнинов на плодородные свойства смесей отходов ЦБП (зола ТЭС, обезвоженный активный ил) для обоснования возможности их использования в качестве компонентов искусственных почвогрунтов при рекультивации территорий, нарушенных техногенным воздействием.

Для выявления возможности выращивания травяного покрова, кустарников и деревьев были исследованы плодородные свойства смесей золы и ОАИ в лабораторных и полевых условиях [97]. Результаты экспериментов свидетельствовали, что наибольшем плодородием обладает искусственная почва из смеси золы и ОАИ в соотношении 1:1 [97,98].

Для повышения плодородных свойств смесей и ускорения роста растительности были изучены свойства смесей с применением добавок лигно гуминовых веществ. В качестве добавок использовались: гидролизный лигнин (ГЛ), технические лигносульфонаты (ЛС), модифицированные лигносульфонаты (МЛС) и гуматы натрия (rNa).

В таблице 6.1 представлено количественное соотношение добавок к исходной массе смеси (в % по массе сухого вещества).

Изучение влияния добавок на плодородные свойства смеси проводилось посевом семян травы для газонов. Приготовление почвогрунтов осуществлялось вручную перемешиванием составляющих до однородной массы. Посев выполняли в квадратные ячейки размером 15x15 см в соответствии с нормой высева семян (20 г на 1 м ) и оценкой всхожести. На большинстве опытных участков через 6 дней после посадки наблюдалась всхожесть семян (рисунок 6.1).

По окончанию опытных исследований (через 6 недель после посева) на всех опытных участках определялись следующие показатели: Декоративность газона устанавливалась по пятибалльной системе оценивалась баллом 5. Вид травы формирует тонкий, нежный, равномерной густоты травостой, который сохранял сочно-зеленую окраску на протяжении всего периода роста. Плотность проективного покрытия (заполненность поверхности почвы растениями при рассмотрении сверху) [по 5-ти балльной шкале] оценивалась баллом: 0,5 - для смесей № 1,2; 1,5 - для смеси № 15; 2,5 - для смеси №10; 5 — для всех остальных смесей. Это соответствует покрытию поверхности участков травой соответственно на 10, 30, 50 и 100 %. Мощность травяного покрова оценивалась массой надземной части травы после кошения, отнесенной к единице площади (таблица 6.2). Все почвогрунты с лигногуминовыми добавками имеют лучшие показатели, чем на холостой почве (рисунок 6.3) (кроме добавки 0,5 % ЛС). Наибольшим плодородием обладает почва с добавками технических и модифицированных лигносульфонатов (1 %) (таблица 2 и рисунок 6.2).

Похожие диссертации на Термохимические и гидродинамические характеристики взаимодействия лигносульфонатов с бинарными растворителями