Исследование электрокинетических явлений при взаимодействии ТМСО и эмульсий пищевых масел на примере подсолнечного

УДК 544.638

С. В. Свергузова, М. Н. Спирин, Ж. А. Сапронова, И. Г. Шайхиев

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ТМСО И ЭМУЛЬСИЙ ПИЩЕВЫХ МАСЕЛ НА ПРИМЕРЕ ПОДСОЛНЕЧНОГО

Ключевые слова: сатурационный осадок, сорбционный материал, очистка сточных вод, эмульсии, суспензионный эффект.

В работе описаны результаты исследований электрокинетических явлений в эмульсиях подсолнечного масла при взаимодействии с сорбционным материалом на основе сатурационного осадка производства сахара из сахарной свеклы. Установлено, что поверхность сорбционного материала в изучаемых эмульсиях предположительно имеет отрицательный заряд, а при взаимодействии с сорбционным материалом, значение Z-потенциала системы меняется в сторону отрицательных значений с переходом через изоэлектрическую точку. Описан вероятный механизм взаимодействия компонентов системы.

Key words: saturation precipitate, sorption material, wastewater treatment, emulsions, suspension effect.

In the study the results of investigations of electrokinetic phenomena in sunflower oil emulsions in their interactions with a sorption material based on the saturation precipitate of sugar production from sugar beet are described. It is determined that the surface of the sorption material in the investigated emulsions presumably has a negative charge, and when interacting with the sorption material, the value of the Z potential of the system changes toward negative values with the transition through the isoelectric point. A possible mechanism for interaction of the system components is described.

Предприятия пищевых производств и сельское хозяйство являются источником образования больших объемов сточных вод сложного состава [1]. Последние трудно поддаются очистке и представляют угрозу для водных объектов, поскольку биоразлагаемые компоненты приводят к эвтрофикации водоемов [2-4].

Производство растительных масел повсеместно распространено в южных и центральных регионах Российской Федерации, в частности, в Белгородской области насчитывается более 10 заводов по экстракции подсолнечного масла, которое представляет собой смесь триглицеридов карбоновых кислот, наибольший процент из которых составляют линолевая, олеиновая и пальмитиновая [5]. Несмотря на ярко выраженные гидрофобные свойства, масло из семян подсолнечника способно образовывать устойчивые эмульсии в водной среде, особенно в условиях турбулентных потоков, образующихся при мойке оборудования [6-8].

Исследование особенностей

электрокинетических параметров дисперсной системы и изменений, возникающих в присутствии сорбционного материала, является важной задачей, позволяющей определить оптимальные условия для разрушения эмульсии и очистки модельных вод.

Используемый сорбционный материал -термомодифицированный сатурационный осадок производства сахара из сахарной свеклы (ТМСО) -ранее исследовался на взаимодействие с рядом поллютантов. Установлено, что он проявляет высокие сорбционные свойства в отношении некоторых гидрофобных веществ, таких как нефтепродукты и молочные жиры [9-13]. Проведенными многочисленными экспериментами определено, что наилучшие сорбционные свойства по отношению к поллютантам различного происхождения проявляет сатурационный осадок,

подвергнутый термической обработке при температуре 600 оС (ТМСО600) [14-25]. Образующийся углеродный слой на поверхности тонкодисперсных частиц карбонатной основы ТМСО (рис. 1) придает материалу гидрофобные свойства и повышает его сорбционную емкость.

Рис. 1 - Упрощенная схема образования углеродного слоя на поверхности карбонатных частиц

Первичные испытания показали, что ТМСО эффективно взаимодействует с эмульсиями растительных масел (рисунок 2) и вызывает их быстрое осветление.

Представляло интерес исследовать

электрокинетические явления, возникающие в процессе водоочистки.

К эмульсии подсолнечного масла в воде добавляли ТМСО600, рН среды поддерживали искусственно с помощью НС1конц. Ввиду протекания процесса растворения ТМСО600 в кислой среде процесс очистки проводили в течение 5 минут. Содержимое реакционных емкостей фильтровали, в фильтрате определяли остаточную мутность эмульсий и рассчитывали эффективность очистки. Результаты исследований представлены на рисунке 3.

Рис. 2 - Фотоизображения эмульсии подсолнечного масла в присутствии ТМСО600

Рис. 3 - Влияние рН среды на эффективность очистки эмульсии, содержащей Обозначения: Стмсо600 = 7 г/дм3, Стмсо600 = 10 г/дм3, т = 10 мин, ЭТиисх=2443

Как видно из графических зависимостей, приведенных на рисунке 3, максимальная эффективность очистки для всех исследуемых эмульсий наблюдается при рН = 6. Очевидно, в этом случае происходит максимальное снижение потенциала дисперсных частиц, что позволяет им сближаться, коагулировать и оседать под действием силы тяжести.

В экспериментах изучали суспензионный эффект в модельных эмульсиях подсолнечного масла. Результаты экспериментов представлены на рисунке 4.

Результаты исследований показывают, что поверхность сорбционного материала в изучаемых эмульсиях предположительно имеет отрицательный заряд.

Исследования электрокинетического потенциала позволили установить (рисунок 5), что заряд частиц эмульсии в водной среде имеет положительное значение, вероятно, ввиду адсорбции ионов электролитов из раствора [6-8].

11

ев а о а н о ев а

П &

10

т, г

Рис. 4 - Изменение рН суспензии (♦) и фильтрата () при обработке маслосодержащих эмульсий ТМСО600

При взаимодействии с сорбционным материалом, значение ^-потенциала системы меняется в сторону отрицательных значений с переходом через изоэлектрическую точку.

Рис. 5 - Изменение значения ^-потенциала эмульсии подсолнечного масла в зависимости от массы добавки ТМСО600

Рис. 6 - Механизм наблюдаемого электростатического взаимодействия в эмульсии подсолнечного масла с сорбционным материалом

По-видимому, частицы сорбционного материала, вступая во взаимодействие с микрокаплями эмульсии, сообщают им отрицательный заряд (рис.

6), и в системе наступает изоэлектрическое состояние.

В дальнейшем взаимодействие частиц продолжается в силу их гидрофобной природы (рис.

7), в результате чего заряд агрегатов становится отрицательным.

H4Û ню

Н:0

HiO

Рис. Т - Механизмы наблюдаемого гидрофобного взаимодействия в эмульсии подсолнечного масла с сорбционным материалом

Проведенные исследования позволили подтвердить эффективное взаимодействие TMCO600 с эмульсиями подсолнечного масла, которое обуславливается электростатическим и

гидрофобным взаимодействиями в системе.

Работа выполнена в рамках реализации Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова с использованием оборудования на базе Центра Высоких Технологий БГТУ им. В.Г. Шухова.

Литература

1. N.B. Singh, R. Singh, M.M. Imam, International Journal of Science, Environment and Technology, 3, 2, 672-683 (2014).

2. B.K Лоренц, Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности, Будшельник, Киев, 1972. 188 с.

3. N. Silvestri, G. Fila, Italian Journal of Agronomy. River Agronomy, 2, 243-256 (2006).

4. K. Sunde, A. Brekke, B. Solberg, Energies, 4, 845-877 (2011).

5. Р. О'Брайен, Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение, Профессия, СПб., 2007. 752 с.

6. П.А. Ребиндер, Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика, Наука, М., 1979. 382 с.

7. Н.Н. Чудинова, дис... канд. хим. наук, Москва, 2014. 110 с.

8. Эмульсии / под. ред. А.А. Абрамзона, Химия, Л., 1972. 447 с.

9. Д.А. Ельников, Ж.А. Свергузова, С.В. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Д, Шухова, 2, 144-147 (2011).

10. Ж.А. Свергузова, Д.А. Ельников, С.В. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 3, 128-133 (2011).

11. Ж.А. Сапронова, И.Г. Шайхиев, М.Н. Спирин, Вестник технологического университета, 19, 13, 174177 (2016).

12. Ж.А. Свергузова, С.В. Свергузова, А.М. Благадырева, Вода Magazine, 7, 24-27 (2008).

13. Ж.А. Свергузова. дис.канд. техн. наук, Белгород, БГТУ, 2008. 114 с.

14. М.Н. Спирин, С.В. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 5, 187-191 (2014).

15. Ж.А. Сапронова, Р.О. Фетисов, С.В. Свергузова, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 17, 3, 163-165 (2014).

16. С.В. Свергузова, Ж.А. Сапронова, И.Г. Шайхиев, Р.О. Фетисов, Вестник Казанского технологического университета, 15, 8, 43-45 (2012).

17. Ж.А. Свергузова, Д.А. Ельников, С.В. Свергузова, Безопасность жизнедеятельности, 3, 34-37 (2012).

18. Ж.А. Сапронова, С.В. Свергузова, Г.И. Тарасова, Р.О. Фетисов, Сорбционная очистка сточных вод от СПАВ отходом производства сахарной промышленности -сатурационным осадком, БГТУ тм. В.Г. Шухова, Белгород, 2015. 113 с.

19. Н.С. Лупандина, Ж.А. Сапронова, С.В. Свергузова, Вестник технологического университета, 18, 17, 266269 (2015).

20. В.С. Лесовик, Ж.А. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2, 144-149 (2012).

21. Ж.А. Свергузова, А.М. Благадырева, Экология и промышленность России, 6, 9-11 (2008).

22. Н.С. Лупандина, Ж.А. Сапронова, Безопасность жизнедеятельности, 4, 19-22 (2012).

23. N.S. Lupandina, Z.A. Sapronova, S.V. Sverguzova, V.S. Lesovik, Journal of Engineering and Applied Sciences, 9, 8, 310-315 (2014).

24. Ж.А. Сапронова, Н.С. Лупандина, Г.И. Тарасова, С.В. Свергузова, В.А. Юрченко, Очистка сточных вод от соединений тяжелых металлов, изд-во ХНУСА, Харьков, 2014. 128 с.

25. Ж.А. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2, 77-79 (2008).

© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, заведующая кафедрой Промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета, pe@intbel.ru; М. Н. Спирин - аспирант кафедры Промышленной безопасности того же вуза; Ж. А. Сапронова - д.т.н., доцент кафедры Промышленной безопасности того же вуза; И. Г. Шайхиев - д.т.н., заведующий кафедрой Инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.

© S. V. Sverguzova - Ph.D., Professor, Head of the Department of Industrial Ecology, Belgorod State Technological University, pe@intbel.ru; M. N. Spirin - postgraduate student of the Department of Industrial Safety of the same university; Zh. A. Sapronova -Ph.D., associate professor of the Industrial Safety Department of the same university; I G. Shaikhiev - Ph.D., Head of the Department of Engineering Ecology of Kazan National Research Technological University.