Влияние электролитов на размер частиц и агрегацию водных дисперсий сульфатного лигнина

• Автор: Морева, Юлия Леонидовна
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Получение и применение сульфатного лигнина
1.2. Строение и свойства сульфатного лигнина
1.3. Электроповерхностные свойства и агрегация сульфатного лигнина в водных растворах электролитов
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.1.1 .Характеристика сульфатного лигнина
2.2. Методы исследования
2.2.1. Приготовление рабочих растворов
2.2.2. Спектрофотометрический метод исследования
2.2.3 Мембранная фильтрация
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Агрегация CJI под действием соляной кислоты
3. 2 Агрегация CJI под действием серной кислоты
3.3 Агрегация CJI под действием хлорида натрия
3.4 Агрегация CJI под действием хлорида кальция
3.5 Агрегация CJ1 под действием хлорида и сульфата алюминия
3.5.1 Агрегация CJI под действием хлорида алюминия
3.5.2 Агрегация CJI под действием сульфата алюминия
3.6. Оценка возможности образования динамических мембран при фильтрации дисперсий CJI
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Сульфатный лигнин (СЛ) — композиционно неоднородный сетчатый органический сополимер, образующийся как побочный продукт в результате наиболее распространенной сульфатной варки древесины [1]. Он является ценным органическим сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности. Сравнительно невысокая молекулярная масса и наличие реакционноспособных групп в сочетании с растворимостью в щелочных растворах позволяют использовать СЛ в производстве полимеров, как связующий агент прю получении бумажных плит и т.п. [2-6]. В будущем СЛ может стать одним из значимых источников как низкомолекулярных, так и полимерных ценных органических продуктов.
В настоящее время достигнуты большие успехи в изучении-строения, свойств и применения СЛ, однако вопросы, связанные с изучением- его коллоидно-химических свойств, продолжают оставаться актуальными. Это обусловлено прежде всего тем, что данная информация важна не только для решения широкого круга вопросов химической- технологии переработки древесины [7,8], но и для решения ряда других задач целлюлозно-бумажной промышленности, например, с нахождением новых более экономичных путей его использования [9,10], а также с оптимизацией работы систем локальной-очистки лигнинсодержащих сточных вод [11-14].
На предприятиях черные щелока, в которых содержится СЛ, сжигаются и при их регенерации получают химические компоненты, используемые 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 с высокими значениями цветности и

химического потребления кислорода (ХПК), вызванные присутствием в воде СЛ [15].
СЛ, поступающий в водные объекты со сточными водами, представляет серьезную угрозу для экологии и, в первую очередь, для водных экосистем, за счет роста цветности воды и уменьшения концентрации растворенного в ней кислорода [16,17]. В определенных условиях растворенный в воде лигнин может образовывать агрегаты, способные седиментировагь и образовывать донные отложения в водоемах. К этим.условиям относится как изменение pH среды [18], так и присутствие в ней веществ, являющихся коагулянтами. Существующие системы, биологической, очистки не позволяют достаточно полно выделить СЛ из сточных вод, что приводит к его поступлению в водоемы. В связи с этим, крайне важным является исследование свойств разбавленных дисперсий СЛ и, в первую очередь, закономерностей их агрегативной устойчивости и коагуляции под действием различных электролитов.
Таким образом, получение новой информации об. агрегативной устойчивости водных дисперсий сульфатного- лигнина и изменении распределения частиц по размерам при его коагуляции представляет интерес, как для решения прикладных задач, связанных с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов, так и для фундаментальной науки, изучающей, в частности, химические свойства компонентов,древесины.
Цель
Целью- диссертационной работы являлось исследование влияния вида и концентрации электролитов на агрегативную устойчивость и размер образующихся агрегатов в разбавленных (10мг/л) водных дисперсиях СЛ в широком диапазоне pH методом фильтрации через трековые мембраны.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

АЮз приводит к существенному понижению абсолютной величины С,-потенциала первоначально отрицательно заряженных частиц СЛ. Этот эффект усиливается по мере роста концентрации А1С13. При концентрации АЮз 4x10-4 моль/л наблюдается перезарядка частиц СЛ в интервале pH »4.0-6.0. Увеличение концентрации АЮз до 2x10—3 моль/л существенно расширяет эту область до pH «3.0-8.0. Максимальные положительные значения -потенциала в обоих случаях наблюдаются при pH »5.0. При дальнейшем повышении pH в интервале pH1 »6.0—8.0 (9.0), близком к изоэлектрическому состоянию выделяющегося в.этих условиях А1С13 [78!,79], наблюдаемая максимальная-степень удаления СЛ в присутствии 8x10—4 и 2х 10-3 моль/л А1С13 обусловлена прохождением процесса гетерокоагуляции высокозаряженных (отрицательных) частиц СЛ с низкозаряженными и незаряженными частицами А1(ОН)3.
В противоположность системе СЛ - АЮз, в системе СЛ — АЬОДз перезарядки частиц СЛ не происходит (рис. 1.6 и 1.7), что свидетельствует о меньшей адсорбционной способности .продуктов гидролиза АЬОДз на СЛ по сравнению с продуктами гидролиза АЮ3. Это согласуется с данными, приведенными в [80], согласно которым продукты-гидролиза А1С13 обладают значительно более высокой сорбционной способностью по сравнению с продуктами, образующимися при гидролизе АЦБОДз. Поэтому при коагуляции СЛ сульфатом алюминия в растворе остается часть низкомолекулярной фракции СЛ, которая придает раствору слабую окраску.
Вовлечение гидроксильных групп СЛ в процесс комплексообразования с гидролизующимися ионами алюминия показано в работе [65]. Авторы считают, что в области pH, соответствующей гидролизу ионов А1, возможно образование лигногидроксоалюминиевых комплексов, в которых центральным атомом является А1, а лигандом - ОН-группы СЛ. Для катионов