Разработка методики оценки эффективности антискалантов

BEA, в отношении кислорода - образец МСМ-41, в отношении аргона -образец монтмориллонитовой глины.

Авторы благодарят доцента Иркутского государственного технического университета С.А. Скорникову и профессора Института химии и химической технологии СО РАН (г. Красноярск) С.Д. Кирика за образцы, предоставленные для исследования.

Библиографический список

1. Kington J. L. Heats of sorption of gases in chabasitesenergetic heteroge-nety and the role of quadrupoles in sorbtion/ J.L. Kington, A. C. Maclead // Trans. FaradaySoc. —1959. — V. 55, № 10. — P. 1799—1814.

2. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита / Д.Брек. — М.: Мир, 1976. — 781 с.

3. Жданов С. П. Синтетические цеолиты / С. П. Жданов, С. С. Хвощев,

Н. Н. Самулевич. — М.: Химия,1981.— 264 с.

4. Шумяцкий Ю. И. Промышленные адсорбционные процессы / Ю. И. Шумяцкий. — М.: КолосС, 2009. — 183 c.

УДК 66.08:628.16

А.В. Жога, Н.Е. Пудова, Н.П. Какуркин

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

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ АНТИСКАЛАНТОВ

Разработана микроскопическая методика оценки влияния вида и дозы антискаланта на процесс осадкообразования карбоната кальция из пересыщенных растворов. Выполнено сравнение эффективности ряда антискалантов.

The microscopic method of estimation of antiscalant’s type and dose effects on the process of calcium carbonate precipitation from oversaturated solutions has been developed. The effectiveness of a number of antiscalants was compared.

Одной из проблем при использовании мембранных методов очистки воды является образование осадка на поверхности мембраны. Для уменьшения этого отрицательного явления используются добавки, снижающие скорость образования отложений и делающие их структуру более удобной для удаления [1]. Эти добавки получили название ингибиторы осадкообразования или антискаланты. Необходимый эффект достигается при относительно небольшой их концентрации. Тип и количество антискаланта зависит от примесного состава воды, определяющего вид отложений.

На российском рынке представлено большое количество подобных препаратов отечественных и зарубежных производителей, которые существенно отличаются составом, характеристиками и ценой.

В настоящее время наиболее распространенной практикой определения эффективности антискалантов является длительная эксплуатация стендовых или промышленных мембранных установок в заданном режиме со снятием зависимости снижения проницаемости мембраны во времени [2]. Это обуславливает интерес к разработке менее затратной и более экспрессной методики, способной подобрать тип антискаланта и его концентрацию, предотвращающую образование отложений. Решением этой проблемы могут стать современные микроскопические методы, позволяющие контролировать образование осадка во времени. Поэтому разработка именно такого метода явились целью нашей работы.

Анализ литературных данных [3,4] показал, что основной составляющей осадков, образующихся как при мембранной очистке воды, так и при её дистилляции является карбонат кальция. Поэтому в нашей работе мы ориентировалась на образование осадка именно этого соединения.

Для изучения процесса осадкообразования карбоната кальция готовились его растворы со степенями пересыщения от 1 до 8. Исследуемые системы получали путем одновременного сливания в стехиометрическом соотношении растворов хлорида кальция и карбоната натрия в чашку Петри, установленную на предметный столик микроскопа. Концентрации растворов варьировались в пределах (1,1 - 8,8)-10 моль/л. Процесс осадкообразования контролировался визуально-микроскопическим методом с по-

мощью микроскопа Levenhuk 40L с цифровой камерой С130, подключенной к компьютеру. Методика позволяет наблюдать за выпадением осадка и его изменением во времени в режиме непрерывной съемки, в т.ч. фиксировать время начала выпадения осадка (время индукционного периода). Оптимальный режим съемки достигнут при 10-ти кратном увеличении.

Было найдено, что наиболее удобно наблюдать за выпадением осадка карбоната кальция при концентрации, превышающей его растворимость в шесть раз. Такая концентрация достаточна для четкой фиксации начала образования осадка - индукционный период составляет около 20 секунд (рис.1). Вместе с тем подобная концентрация карбоната кальция в принципе может быть достигнута в реальных условиях мембранной очистки воды [1-4].

В результате проведенных экспериментов были выбраны условия получения осадка и контроля процесса микроскопическим методом: состав осадка - карбонат кальция, с концентрацией превышающей растворимость соли в 6 раз; фиксация процесса осадкообразования ведется при 10-ти кратным увеличении; продолжительность эксперимента - 60 минут, при этом фотографии объекта делали через 1, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 60 минут после слива растворов. Фотографии полученного осадка (рис. 2.) переводили с помощью графических редакторов в черно-белую палитру и с помощью программы APFill Ink Coverage Meter определяли % заполнения фотографии цветом. Именно этот показатель был выбран в дальнейшем, как параметр, характеризующий количество образовавшегося осадка (m). По усредненным данным строили зависимость параметра, характеризующего количество образовавшегося осадка, от времени (рис.3). Статистическая обработка результатов показала их хорошую воспроизводимость.

Табл.1. Основные характеристики препаратов

Фирма изготовитель Nalco Europe B.V. ООО "Веллоами" Genesys International Ltd.

Марка РС-191Т 52214 3DT249 3DT226 АГАС ЗВ Genesys LF

Назначение Антннакнпнн для мембран ОО Ингибитор коррозии Ингибитор накипи Ингибитор коррозии и ОІЛОЖЄННЙ Ингибитор накипи Антннакнпнн для мембран ОО

Расходная норма, рекомендуемая производителями, мг л воды 15 20 30 5 5 4

Цена реагента за 1 кг без НДС, руб цена договорная 426 355 308 81 405

Затраты на реагент на очистку 1м3 воды, руб " 8,52 11,85 1,54 0,41 1,62

При изучении влияния вида и дозы антискалантов на процесс осаждения карбоната кальция были использованы доступные нам препараты зарубежных производителей - Nalco и Genesys, а также отечественного производителя ООО «Веллоами» (табл.1).

Влияние добавки антискаланта на процесс осаждения карбоната кальция определяли при концентрации, рекомендуемой производителем реагента. Помимо антискалантов было исследовано возможное влияние ингибиторов коррозии на процесс образования отложений. Необходимая коцентра-ция антискаланта обеспечивалась его введением в раствор хлорида кальция. Было определено, что ингибиторы коррозии в указанных концентрациях не влияют на процесс осаждения и дальнейшие исследования с этими реагентами не проводились. При расходной норме, рекомендуемой производителем антискалантов, образование осадка не наблюдалось в течение часа, поэтому дозировку уменьшали до тех пор, пока не наблюдалось образования осадка. Таким образом, мы определили минимальную дозу, при которой не наблюдается выпадения осадка и дозу реагента, при которой количество осадка значительно понизилось по сравнению с «холостым» опытом («пограничная» концентрация). При этих концентрациях было изучено влияние добавки антискаланта на количество образовавшегося осадка. Результаты данных опытов представлены на рис.4, из которого видно, что количество осадка уменьшилось на 75-95% в зависимости от марки ингибитора по сравнению с экспериментами без добавления антискаланта.

Помимо определения влияния добавки реагента на количество осадка, также вызывает интерес влияние добавки на размеры частиц карбоната кальция. Так, без добавления антискаланта размер частиц на шестидесятой минуте эксперимента не превышает 15 микрон, при добавлении ингибитора при общем уменьшении осадка наблюдается увеличение размеров частиц карбоната кальция до 35 микрон. По-видимому, это связано с подавлением антискалантом стадии формирования зародышей кристаллов.

СаС03 - 5 мин СаС03 - 20 мин СаС03 - 60 мин

.V

b ;

• * • , , , .

.......**,

Л  :г. / . ;

I;.;'-? A-'j

. V v-:

.' v" -V •'*. ' •

»* » , г* I

*  I

r VjI -

'Ч  • V/, і і:'

W*;.:

*•. V.y « *.'№?.».

rV'ji^.n.'v •) vv

. " V * - .  * >  г

’;Л

Рис.2. Фотографии осадка карбоната кальция через разные промежутки времени

Рис.4. Зависимость параметра m от времени (t) при добавлении «пограничной»

дозы антискаланта

Определение рекомендуемой нами дозы антискаланта, которая сможет подавить процесс образования осадка карбоната кальция в течение длительного времени, сводилось к подбору поправочного коэффициента. Для этого были проведены опыты, в которых расходная норма антискаланта превышала его минимальную дозу, при которой не наблюдалось выпадения осадка, в 1,5; 2; 2,5 и 3 раза. Наблюдение за растворами с указанными концентрациями реагентов не выявило выпадения осадка в течение 3 часов. На основании полученных данных мы считаем, что для практического применения можно рекомендовать расходную норму антискаланта, равную его двукратной минимальной дозе.

Табл.2. Рекомендуемые концентрации антискалантов и экономический эффект от

их применения

Фирма изготовитель №1со Еигоре В.У. ООО 'Веллоами" Оепезуэ Іпїетаїіопаї Ш.

Марка РС-191 ЗБТ249 АТАС ЗВ Оепевув и

Рекомендуемая нами доза препарата (без учета коэф.). мг л 4,5 0.12 025 1=0

Рекомендуемая нами доза препарата (с учетом коэф.). мг л 9.0 0.24 0:5 2=0

Отношение расходной нормы к рекомендуемой конц. 1,7 125.0 10,0 2;0

Затраты на реагент при очистке 1 м- воды. руо. ~ 0.09 0,04 0.81

Экономия при очистке 1 м- волы. руб “ 11.76 0,3 т 0.81

В результате экспериментов были сравнены между собой антискалан-ты различных производителей и разработаны рекомендации по выбору оптимальной дозы реагента. Рекомендуемые концентрации антискалантов, а также экономический эффект от их применения реагентов даны в табл.2. Согласно полученным данным применение антискалантов в мембранной очистке воды выгодно.

Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать разработанную микроскопическую методику для оценки эффективности ан-тискалантов и подбора их оптимальной дозы.

Библиографический список

1. Н. Френк, И. Кеммер. Книга Налко о воде, 2-е изд. Изд. McGraw-Hill Book Company, 2007. 503-516 с.

2. А.Г. Первов. Разработка и внедрение мембранной обратноосмотической технологии в области водоподготовки. Автореферат диссертации д.т.н. М.: 1997, 59 с.

3. Hai-Yan Li, Wei Ma, Lu Wang, Ru Lui, Lin-Sen Wei, Qiang Wang. Ingi-bition of calcium and magnesium-containing scale by a new antiscalant polymer in laboratory tests and a field trial/Desalination, 2006, v. 196, P.237-247.

4. Anditya Rahardianto, Brian C. McCool, Yoram. Cohen Accelerated desupersaturation of reverse osmosis concentrate by chemically-enhanced seeded precipitation/ Desalination, 2010, v. 264, P.256-267.

УДК 66.097:661.183.7

А.Н. Морозов, Т. В. Конькова, М.Г. Гордиенко, М.Б. Алехина, Н.В. Меньшутина

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

СИНТЕЗ СИЛИКАГЕЛЕЙ С РЕГУЛИРУЕМОЙ НАНОПОРИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

Синтезированы силикагели с регулируемой нанопористой структурой золь-гель методом с использованием темплатов, а также сушки в сверхкритическом СО2 и распылительной сушки. Установлена связь между условиями синтеза и текстурными характеристиками полученного материала.

Silica gels with adjustable nanoporous structure were synthesized by sol-gel method using templates, drying in the supercritical CO2 and spray drying. The relationship between the conditions of synthesis and textural characteristics of the received material was established.

Cиликагели, обладающие контролируемой нанопористой структурой, широко применяются в промышленности и вызывают большой интерес у