СОРБЕНТ НА ОСНОВЕ ПЕНЫ, СТАБИЛИЗИРОВАННОЙ КРЕМНЕЗЁМОМ, ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ПЛЕНОК

Елисеева Ирина

класс 11 «Б», ГБОУ ПО «Губернский лицей-интернат для одарённых детей»,

г. Пенза

Мишина Светлана Ивановна

научный руководитель, ассистент каф. Химии ФГБОУ ВПО «ПГУАС», г. Пенза

Агеева Валентина Николаевна

педагог высшей категории, преподаватель химии ГБОУ ПО «Губернский лицей-интернат для одарённых детей», г. Пенза

Стабилизаторами пены обычно являются коллоидные ПАВ и растворимые полимеры [1]. В дополнение к жидкому раствору и газовой фазе пена может содержать твердые частицы. В таких пенах удается практически полностью остановить процесс синерезиса, снизить диффузионный перенос газа и существенно увеличить время их жизни (до 2-х месяцев и более) [2, с. 3]. Уникальная устойчивость данных дисперсных систем открывает широкие перспективы для их практического применения, например, в качестве различных пористых материалов (таблетки, катализаторы, керамика с регулируемой пористостью, сорбенты). Стабилизация пен твердыми частицами представляет интерес и с экологической точки зрения, поскольку позволяет снизить количество органических ПАВ и, следовательно, уменьшить загрязнение ими природной среды.

Целью данной работы является поиск возможных применений пен, стабилизированных твердыми частицами. Для реализации цели была поставлена задача разработать сорбент на основе пены, стабилизированной частицами органомодифицированного кремнезема, для очистки воды от углеводородных пленок.

Приготовление сорбента включает в себя несколько этапов:

1.  получение пены, стабилизированной твердыми частицами;

2.  предварительное осушение образца пены под действием приложенного перепада давлений;

3.  окончательная сушка на воздухе в течение суток.

Пену получали смешиванием определенной навески Аэросила-380 с определённым объёмом дистиллированной воды. К полученной суспензии по каплям добавляли короткоцепочечный (С2—С9) катионный ПАВ (гексиламин) до образования устойчивой пены. Устойчивые пены образуются при добавлении всего объема гексиламина и встряхивании (или при перемешивании миксером) в течение 2 минут. Устойчивость пен, стабилизированных твердыми частицами, значительно зависит от концентрации гидрофобизатора (краевого угла) и концентрации твердой фазы в исходной суспензии. Поэтому для получения устойчивого к внешним условиям сорбента необходимо определить его оптимальный состав, а именно концентрацию гексиламина и кремнезёма в суспензиях, используемых для приготовления пен, являющихся основой предлагаемого сорбента. Исследование разрушения тонких слоёв пен в условиях пониженного перепада давлений методом FoamPressureDropTechnique, разработанным ранее Кругляковым и Ексеровой [1], показало, что для получения сорбента возможно использование пен с содержанием гексиламина в исходной суспензии, соответствующем краевому углу 45—55ºи твердой фазы 2—7,5 %.

Для определения оптимального перепада давления для предварительного осушения пен необходимо их исследование при различных Δр, т. е. исследование разрушения столба пены и изменения объемной доли жидкости в ней. Т. к. в результате воздействия приложенного пониженного перепада давления на столб пены происходит изменение кратности пены как из-за вытекания жидкости, так и из-за частичного разрушения столба пены, то оптимальным будем считать значение, при котором наблюдается значительное осушение пены при минимальном разрушении её столба. Кроме того существенную роль играет временной фактор, т. е. осушение пены должно происходить, по возможности, достаточно непродолжительный период времени для сокращения времени приготовления сорбента. Разрушение пены фиксировали визуально по изменению высоты столба пены во времени, а изменение кратности пены — электрокондукктометрически [1]. В таблице 1 представлены оптимальные условия осушения пены. В результате осушения под действием пониженного перепада давления, приложенного к дисперсионной среде, пена не разрушается (при концентрации твердых частиц 4—6 %), а образует твердую высокопористую гидрофобную структуру. При концентрации твердой фазы менее 4 % пена разрушается при осушении без образования пористого образца, либо получаемый образец не отличается устойчивостью. Повышение содержания твердых частиц более 7,5 % приводит к механическим затруднениям при перемешивании суспензии Аэросила.

Таблица 1.

Оптимальные условия осушения пены при изготовлении сорбента

Полученный сорбент подсушивают на воздухе в течение двух суток, после чего он готов к использованию. Образцы сорбента помещают на плёнку толуола, разлитого на поверхности воды, и перемешивают с помощью магнитной мешалки в течение 40 минут. Затем сорбент с толуолом удаляют с поверхности воды, при этом визуально наблюдают отсутствие углеводородной плёнки. Спектрофотометрически подтверждали понижение концентрации толуола в объёмной фазе. Максимальной сорбционной емкость обладает сорбент, полученный из 4 % суспензии Аэросила (краевой угол 53º). Пористая структура и гидрофобность сорбента обеспечивают высокую сорбцию углеводородов (до 23,6 г толуола на 1 г сорбента). Предлагаемый материал обладает высокой сорбционной емкостью, прост в изготовлении. Кроме того, отсутствуют необходимость первичной обработки используемого сырья, энергетические затраты на термообработку. Наряду с экономичностью сорбент обладает рядом полезных свойств: гидрофобность, простота сбора сорбента с поверхности воды, высокая пористость.

Список литературы:

1. Кругляков П.М., Д. Ексерова. Пена и пенные пленки. Москва, Химия, 1990. — 432 c.
2. Gonzenbach U.T., Studart A.R., Tervoort E. and Gauchkler L.J. Ultrastable particle-stabilized foams // Angew. Chem. Int. Ed. Engl., v. 45, 2006. —P. 3526—3530.
3. Kruglyakov P.M., Elaneva S.I., Vilkova N.G., Karakashev S.I. About mechanism of foam stabilization by solid particles// Advances in Colloid and Interface Science, № 165, 2011, P. 108—116.