Экстракция фурфурола из водных растворов с применением эмульсионных жидких мембран

Список литературы

1. The Nalco Water Handbook. / ed. Frank N. Kremmer. - 2nd Edition. - New York : McGraw-Hill Book. 1988. - 1120 p.

2. Sluys, J.T.M. Water treatment in a Membrane-Assisted Crystallizer (MAC) / J.T.M. Sluys, D. Verdoes, J.H. Hanernaaijer // Desalination. - 1996. - V. 104. - P. 135-139.

3. Van Schagen, K. Control of the fluidised bed in the pellet softening process / KimVan Schagen, L. Rietveld, R. Babuska, E. Baars // Chem. Eng. Science. - 2008. - V. 63, No 5. -P.1390-1400.

УДК 665.584.2 Н.З. Хабибова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.

ЭКСТРАКЦИЯ ФУРФУРОЛА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭМУЛЬСИОННЫХ ЖИДКИХ МЕМБРАН.

In this work the separation of furfural from aqueous solutions by water-in-oil (w/o) emulsion extraction for the second use of furfural in technology was investigated. In this paper are represented experimental data of furfural extraction kinetic from aqueous solutions with concentration about 1 g/l by use membrane extraction method. Based on analysis of experimental data, dimension stability of (w/o) emulsions by rheological characteristics, was proposed.

В настоящей работе предложен метод экстракции фурфурола из водных растворов с использованием эмульсии типа - вода в масле (в/м), с целью его повторного использования в производстве. В этой статье представлены экспериментальные данные по кинетике экстракции фурфурола из водных растворов с концентрацией 1 г/л с использованием метода мембранной экстракции. На основании анализа экспериментальных данных предложено определять стабильность эмульсий (в/м) по реологическим характеристикам.

Фурфурол - ценный химический продукт, применяемый для производства пластических масс, красок, медицинских препаратов [1]. На различных стадиях производства образуется большое количество сточных вод, содержащих фурфурол до 0,5-2 г/л (ПДК = 1 мг/л), поступление неочищенных стоков в водоемы губительно действует на их флору и фауну. Поэтому проблема очистки сточных вод от губительного воздействия фурфурола становится весьма актуальной [2].

Для выбора состава экстрагирующей эмульсии предварительно были проведены исследования в двухфазных системах: водный раствор фурфурола с концентрацией 1 г/л - масляная мембрана; мембранная фаза, содержащая поглощенный фурфурол - ре-экстрагент. В качестве мембраны исследовались углеводородные масла марок: ВМ-1, ВМ-5,ВМ-5с, силиконовое масло, вазелиновое масло. Результаты экспериментов свидетельствовали о том, что экстракционные характеристики всех масел - близки по значению (коэффициент распределения kp = 0.43±0.03; время достижения равновесия тр = 10 мин.). Далее в качестве экстрагента использовалось масло ВМ-5с как наиболее доступное. После качественного выбора мембраны исследовалось распределение фурфурола между маслом ВМ-5с и водой в зависимости от температуры, вплоть до полной растворимости фурфурола в воде, равной 80 г/л. Линейный характер изотермы экстракции свидетельствует о механизме молекулярной диффузии распределения фурфурола в системе: вода - масло ВМ-5с (kp = 0.43±0.03, при t = 25 оС; kp = 0.67±0.02, при t = 30 оС; kp = 0.91±0.03, при t = 37 оС). В качестве внутренней фазы предложено использовать буферную смесь растворов сульфита натрия с концентрацией 20г/л, бисульфита натрия с концентрацией 20г/л в объемном соотношении 1:4. В качестве стабилизатора предло-

жено использовать сорбитанолеат. На основании приведенных экспериментов был выбран оптимальный состав экстрагирующей эмульсии для извлечения фурфурола из водного раствора с концентрацией (Сф) 1 г/л: 35^65 (% об) - соотношение мембранной и водной фазы в эмульсии с содержанием 17.5 (% об) ПАВ; внутренняя фаза - водный раствор сульфитно-бисульфитной смеси в мольном соотношении 1:4. Отметим, что все эти компоненты не токсичны. При исследовании кинетики экстракции во множественной эмульсии было установлено, что квазиравновесие в системе составляет 40 мин.

Результаты экспериментов представлены ниже (рис. 1).

Рис. 1. Кинетика экстракции фурфурола во множественной эмульсии.

При этом достигается полное извлечение фурфурола из исчерпываемого раствора. Экстракция проводилась при объемном соотношении исчерпываемый водный раствор фурфурола 1 г/л - эмульсия, равном 4:1. При разработке состава эмульсии одновременно изучали её реологические характеристики и устойчивость к коалес-ценции. Измерение вязкости эмульсий проводилось на ротационном вискозиметре «Кео1ев1;-2».

Были исследованы реологические характеристики эмульсии при различном соотношении мембранной и водной фаз при фиксированном содержании сорбитанолеата в органической мембране. Результаты реологических исследований представлены в табл. 1 и на рис. 2.

Получены дифференциальные кривые зависимости вязкости защитной эмульсии от объемной доли внутренней фазы (Ф3) при фиксированном содержании сорбитаноле-ата в эмульсии. Эти кривые представлены на рис. 3.

Табл. 1. Вязкость исследуемых эмульсий при различном содержании сорбитанолеата в жидкой мембране

Содержа-ние ПАВ %об. Вязкость эмульсии п, Пах

Объемная доля внутренней фазы в эмульсии Ф3, %об

30 40 45 50 55 60 65 70 75 80

5 4,92 9,90 - 24,80 - 70,50 - - - -

10 8,67 11,66 14,5 22,37 49,6 73,04 - 101 - 123,26

12,5 - 36,52 45,03 54,78 68,48 93,58 - 173,47 - -

15 8,9 15,98 33,21 61,63 87,13 111,84 124,99 130,1 - -

17,5 - - - 47,5 73,1 86,17 143,80 151,79 153,41 155,21

20 17,8 20,54 19,51 22,8 39,9 59,35 78,93 91,3 99,8 100,4

Рис. 2. Вязкость экстрагирующих эмульсий при различном содержании сорбитанолеата, % об, в жидкой мембране: 1 - 5 % ПАВ; 2 - 10 % ПАВ; 3 - 12,5 % ПАВ; 4 - 15 % ПАВ; 5 - 17,5 % ПАВ; 6 - 20 % ПАВ.

Рис. 3. Дифференциальная форма реологических кривых при различном содержании сорбитанолеата в эмульсии.

За характеристику стабильности изучаемых эмульсий принимался период времени двадцати пяти процентного расслаивания (т25 ; мин.) эмульсии традиционным высокотемпературным методом.

Содержание ПАВ в органической мембране составляло от пяти до тридцати процентов объемных от общего объема эмульсии (5 - 30% об). Было установлено, что наибольшей устойчивостью обладает эмульсия, стабилизированная сорбитано-леатом. Результаты исследований представлены на рис. 4.

х25,мин

Ф3, %об.

Рис. 4. Зависимость устойчивости эмульсии при различных концентрациях сорбитанолеата в жидкой мембране от объемной доли внутренней фазы Ф3, %об

При сопоставлении дифференциальных кривых вязкости (рис. 3) и температурных кривых расслаивания (рис. 4) очевиден их аналогичный характер.

Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с имеющимися в литературе сведениями об эмульсиях этого типа [3-6]. После анализа этих данных очевидна их симбатность. Таким образом, изучив реологические характеристики исследуемых эмульсий, можно судить об их устойчивости к коалесценции. На основании ана-

лиза полученных экспериментальных данных по вязкости и устойчивости изучаемых эмульсий предлагается новый метод определения устойчивости высококонцентрированных эмульсий.

Извлечение фурфурола с использованием эмульсионных мембран - перспективное направление в технологии как с энергоэкономической, так и с экологической точки зрения, поскольку обеспечивает утилизацию продуктов, содержащихся в сточных водах.

Список литературы.

1. Морозов, Е.Ф. Производство фурфурола / Е.Ф. Морозов. - М.: Лесная промышленность, 1979. - 131 с.

2. Беспамятнова, Г.П. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде / Г.П. Беспамятнова. - Л.: Химия, 1972. - 241 с.

3. Малышева М.В. Кожное действие промышленных ядов и вопросы гигиенического регламентирования / М.В.Малышева - сборник "Прогнозирование токсичности опасности химических соединений". - М., 1987. - С. 92-98.

4. Тихомиров, В.К. Пены / В.К.Тихомиров. - М.: Химия, 1983. - 245 с.

5. Lee H.M., Lee J.W., Park O.O. Reology and dynamics of water-in-oil emulsions under seady and dynamic clear flow / H.M. Lee - Journal Colloid and Interface Science. - 1997. -v. 185, № 2. - Р. 297-305.

6. Вабак, В.Г. Влияние физико-химических свойств эмульгаторов на устойчивость обратных эмульсий. / В.Г. Вабак, И.Б.Чекмарева, Н.Д.Дехтяренко, М.К.Петрова, В.Х.Паронян. - Известия вузов, 1984. - № 1. - С. 44-46.

УДК 66.097

Е.А. Малахова, Г.М. Тесакова, Е.А. Шарабанова

ОАО Новомосковский институт азотной промышленности, Новомосковск, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА НИКЕЛЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА МЕТАНИРОВАНИЯ

The formulation of methanation process nickel catalyst having decreased content of active component is determined. That catalyst formulation allows to prepare it in various geometrical forms. Along with the high thermostability and mechanical strength catalyst has low activation temperature and high catalytic activity in the process of carbon oxides hydrogenation.

Определена рецептура никелевого катализатора метанирования, имеющего пониженное содержание активного компонента. Данная рецептура катализатора позволяет изготавливать его в виде гранул различных геометрических форм. Наряду с высокой термостабильностью и большой механической прочностью, катализатор имеет низкую температуру активации и высокую каталитическую активность в процессе гидрирования оксидов углерода.

Катализатор метанирования используется на стадии очистки азотоводородных смесей от оксидов углерода в химической и нефтехимической промышленности. Отечественные катализаторы метанирования марки НИАП-07-01 (НКМ-1) и НИАП-07-02 (НКМ-4А) с содержанием NiO - 33 - 39% (преимущественно 33-35%) изготавливаются в виде таблеток размером 6х4 мм, а НИАП-07-02 выпускался также и в виде колец. Использование катализатора в виде цилиндрических таблеток предопределяет большое гидравлическое сопротивление метанаторов, что заметно влияет на общую эффективность работы, в частности, агрегата по производству синтетического аммиака большой единичной мощности. Кольцевидная форма катализатора обеспечивает существенное снижение перепада давления (приблизительно на 50% по сравнению с катализатором в форме цилиндров того же размера) по слою катализатора, а также значительное увели-