книги2 / konf_15-24

Электронный архив УГЛТУ

Экспериментально полученные изотермы адсорбции неорганических катионов и органических веществ были обработаны в рамках различных расчетных моделей – Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина-Радушкевича и Темкина, и показано, что наиболее точно адсорбция ионов меди (II) на исходных сосновых опилках (образец 1) описывается моделью Дубинина – Радушкевича с коэффициентом аппроксимации 0,98, которая характеризует адсорбцию как на поверхности, так и в порах сорбента, адсорбция ионов цинка (II)

иорганических ПХБ – моделью Ленгмюра с коэффициентами аппроксимации 0,98 для мономолекулярной адсорбции. Несколько по-другому протекает адсорбция на образце 2 (нативных опилках липы): извлечение меди (II) описывается моделью Ленгмюра с коэффициентом аппроксимации 0,99, адсорбция ионов цинка (II) – моделью Фрейндлиха с коэффициентом аппроксимации 0,93, что указывает на адсорбцию на гетерогенной поверхности. Стоит отметить, что исходные опилки проявляют большее сродство к ионам цинка (II), а для извлечения ПХБ можно порекомендовать образец 1 на основе сосновых опилок (табл. 2).

Известно [2, 3], что воздействие на полисахаридную часть и лигнин в составе древесных опилок приводит к существенному гидролизу гемицеллюлоз и изменению химического строения лигнина как наиболее доступных компонентов для химической обработки. В настоящем исследовании прове-

денная химическая модификация опилок раствором 5н HNO3 в течение 5 ч с получением образца 3 (на основе опилок сосны) и образца 4 (на основе опилок липы) изменила функциональный состав модифицированных углеродных сорбентов (табл. 2), особенно существенно увеличилось количество

функциональных групп (Eобщ) в сорбенте 3 на основе сосновых опилок, причем с преимущественным содержанием гидроксильных групп. Отмечается также после химмодификации рост для образцов 3 и 4 значений удельной поверхности и адсорбционной активности по йоду и метиленовому голубому (табл. 1).

Химическая обработка способствовала значительному (в 3–5 раз) увеличению величины максимальной сорбционной емкости (табл. 2) по отношению к ионам Cu (II), чем при улавливании ионов Zn (II). Но в то же время

иисходные сорбенты 1,2, и их модифицированные аналоги – образцы 3, 4

более эффективны именно для сорбции цинка – Amax достигает значения 27,63 мг/г. Механизм адсорбции в случае образцов 3 и 4 (рис. 1, 2) наиболее адекватно описывается в рамках моделей Ленгмюра и Фрейндлиха соответственно.

Сделать окончательный вывод о технологической целесообразности применения исследуемых углеродных сорбентов можно только в случае получения результатов дальнейшего изучения эффективности десорбции уловленных токсикантов. Вместе с тем, на настоящий момент возможно использование отработанного сорбционного материала на основе опилок в качестве добавки при изготовлении органических удобрений, содержащих

561

Электронный архив УГЛТУ

микроэлементы – ионы металлов, влияющие на работу ферментов и скорость протекания различных биохимических процессов в растениях.

Список источников

1.Авхименко М. М. Медицинские и экологические последствия загрязнения окружающей среды полихлорированными бифенилами // Полихлорированные бифенилы. Супертоксиканты XXI века. 2000. Вып. 5. С. 14–31.

2.Непенин Н. Н. Технология целлюлозы. Т. 3. М. : Экология, 1994. 592 с.

3.Хабаров Ю. Г., Лахманов Д. Е. Деполимеризация конденсированных лигнинов под действием азотной кислоты // Лесной журнал. 2014. № 5.

С. 173–181.

Сведения об авторах

Даниил Юрьевич Дворянкин – студент, daniil.dvoryankin.02@mail.ru; Инна Геннадьевна Первова – доктор химических наук, доцент, директор ХТИ, pervovaig@m.usfeu.ru;

Полина Дмитриевна Дягилева – инженер-исследователь, polina-dya@mail.ru;

Мария Андреевна Саморукова – инженер-исследователь, samorukova.mari@inbox.ru;

Марина Геннадьевна Первова – кандидат химических наук, старший научный сотрудник, pervova@ios.uran.ru.

562

Электронный архив УГЛТУ

Научная статья УДК 620.197.3

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ИНГИБИТОРА МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Борис Нутович Дрикер1, Николай Николаевич Стягов2

1, 2 Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

1boris.Driker@yandex.ru

2nstyagov@gmai.com

Аннотация. Работа посвящена получению композиции магниевого комплекса нитрилтриметиленфосфоновой кислоты из различного химического сырья и изучению ее свойств в качестве ингибитора солеотложений и коррозии.

Ключевые слова: ингибитор, коррозия, солеотложения, органофосфонаты, комплекс

Original article

OBTAINING AND PROPERTIES OF

A MULTI-PURPOSE INHIBITOR

Boris N. Driker1, Nikolay N. Styagov2

1, 2 Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

1boris.Driker@yandex.ru

2nstyagov@gmai.com

Abstract. The paper is devoted to obtaining a composition of magnesium complex of Amino Trimethylene Phosphonic acid from various chemical raw materials and studying its properties as an inhibitor of salt depositions and corrosion.

Keywords: inhibitor, corrosion, salt depositions, organophosphonates, complex

Коррозионная агрессивная среда является одной из главных задач ресурсосбережения. Проблема коррозии состоит не в потере самого металла, а в разрушении дорогостоящего оборудования или его узлов, ремонт которого чаще всего нецелесообразен или невыгоден. Только в нефтегазовой отрасли более 95 % отказов оборудования связанно с коррозией конструкционной стали, но эта проблема и для предприятий других отраслей промыш-

© Дрикер Б. Н., Стягов Н. Н., 2024

563

Электронный архив УГЛТУ

ленности и энергетики. Для решения данной проблемы разработаны множество методов, однако перспективнее всего использовать химические реагенты, ингибирующие процессы коррозии [1]. Ингибиторы позволяют снизить уровень коррозии до нормативных величин при концентрациях 10–50 мг/дм3, не требуют больших капитальных и текущих затрат, имеют высокую эффективность. Модифицированные формы реагентов и их композиций практически полностью ингибируют также солеотложения. Часто эффективность ингибитора зависит от его состава, а также качества используемых реактивов, что дополнительно влияет и на конечную стоимость ингибитора. Поскольку одной из задач ресурсосбережения является снижение затрат материальных ресурсов при производстве продукции, данная работа посвящена изучению влияния составов ингибиторов коррозии на его потребительские свойства.

В качестве объекта исследования выбран магниевый комплексонат нитрилотриметиленфосфоновой кислоты (Mg-НТФ), т. к. реагент имеет высокую эффективность по сравнению с используемыми на данный момент аналогами, не имеет в своем составе тяжелых металлов, соответственно, имеет низкую экологическую опасность по сравнению с конкурентами, а также позволяет ингибировать как солеотложения, так и коррозию [2]. Исследования эффективности ингибитора проводились на растворе, который имитирует морскую воду при добыче нефти, следующего ионного состава: Na+ – 9 г/дм3, K+ – 0,05 г/дм3, Ca2+– 0,25 г/дм3, Mg2+ – 0,07 г/дм3, НСО3- – 1,5 г/л. Сам ингибитор Mg-НТФ готовили в мольном соотношении 2,5:1 по активному веществу, из технического MgO, чистого MgO, и композиции Mg–НТФ содержащий 25 % этиленгликоля. Данный выбор обусловлен тем, что технический оксид магния имеет цену, практически, на порядок ниже оксида магния квалификации «Ч». Эта же композиция с этиленгликолем (ЭГ) позволяет использовать ингибитор при низких температурах. Все измерения проводились в одинаковых условиях. Скорость коррозии измеряли периодически с помощью прибора «Эксперт-004» с интервалом 30 мин, время экспозиции составляло 180 мин, на стальных электродах (Ст. 3), предварительно зачищенных до 8 класса шероховатости и обезжиренных этиловым спиртом, при перемешивании (Rец = 12 000) [3]. Диапазон концентраций ингибиторов изменяли в интервале от 10 мг/л до 50 мг/л. Данные, полученные в ходе исследования, представлены в виде гистограммы на рис. 1.

564

Электронный архив УГЛТУ

Полученные результаты позволяют рекомендовать композиционные составы для их использования с целью одновременного предотвращения солеотложений и коррозии в широком диапазоне температур для воды с высокой минерализацией.

Список источников

1. Тенденции в области создания и применения химических реагентов для стабилизационной обработки воды с целью предотвращения солеотложений и коррозии металлов систем водопользования / Н. В. Цирульникова, Б. Н. Дрикер, Т. С. Фетисова, А. Г. Тарантаев // Коррозия: материалы, защита. 2011. № 7. С. 12–25.

2. Стягов Н. Н., Дрикер Б. Н., Протазанов А. А. Сравнение ингибиторов коррозии с магниевым комплексонатом, уменьшающим экологическую нагрузку на водоемы // Материалы XVIII Всероссийской (национальной) научно-технической конференции студентов и аспирантов. Екатеринбург, 2022. С. 697–700.

3.Ануфриев Н. Г., Комарова Е. Е., Смирнова Н. Е. Универсальный коррозиметр для научных исследований и производственного контроля коррозии металлов и покрытий // Коррозия: материалы, защита. 2004. № 1. С. 42–47.

4.Осадченко И. М., Лябин М. П., Романовскова А. Д. Оксид магния: свойства, методы получения и применения (аналитический обзор) // Природные системы и ресурсы. 2018. № 3. С. 5–14

5.Кузнецов Ю. И., Раскольников А. Ф. Ингибирование коррозии железа нитрилтриметилфосфонатными комплексами // Защита металлов. 1992. Т. 28, № 2. С. 249–256.

567

Электронный архив УГЛТУ

Основная проблема, которую обязаны решать водоснабжающие предприятия, – снижение содержания вредных веществ в воде до нормативного уровня. Для примера рассмотрим проблему содержания железа в питьевой и сточной очищенной воде на примере Муниципального унитарного предприятия жилищно-коммунального хозяйства «Сысертское», предоставляющего услугу водоснабжения и водоотведения населению города Сысерти Свердловской области.

Норматив ПДК железа в очищенной сточной воде, сбрасываемой в водоем рыбохозяйственного назначения, составляет 0,1 мг/дм3. Норматив ПДК того же железа в артезианской воде, добываемой в целях хозяй- ственно-питьевого водоснабжения, составляет 0,3 мг/дм3. По факту концентрация железа в подземных водах может достигать 2–4 мг/дм3.

Сооружения биологической очистки сточных вод в городе построены

в1966 г. и имеют эффективность очистки по железу 60 %. Если брать минимальную концентрацию железа в артезианской воде, то после очистки концентрация железа будет составлять 0,8 мг/дм3. А в поступающих на очистку стоков концентрация железа достигает 8–10 мг/дм3. Сброс сточных вод с превышением железа ведет к прямому нарушению природоохранного законодательства.

Строительство новых очистных сооружений в городе Сысерть с применением современных технологий, гарантирующих очистку сточных вод от железа на 90 %, не является полным решением данной проблемы.

Основным путем решения проблемы достижения нормативов ПДК

вочищенных сточных водах при сбросе в водоемы является очистка питьевых вод от содержания железа. В городе Сысерти Свердловской области питьевая вода, поставляемая населению, является артезианской и только на первый взгляд кажется чистой и прозрачной. Проходя через слои почвы с различным содержанием минералов, она обогащается их частицами. Измененный состав может быть опасным для здоровья, и особенно опасно железо.

Эффективным методом снижения содержания железа в питьевой артезианской воде, а также нагрузки на очистные сооружения биологической очистки сточных вод будет внедрение станций водоподготовки непосредственно на источниках питьевого водоснабжения города. В общей сложности в Сысерти разработано четыре крупных месторождения запасов питьевой воды, вода из которых подается на две станции второго подъема и затем

вцентральную сеть водоснабжения, которая закольцована через весь населенный пункт. Для достижения требований нормативов качества питьевой воды необходимо установить две станции водоподготовки.

Наиболее жесткие требования (в том числе по содержанию железа) предъявляются к воде для пивоваренной и безалкогольной промышленности, что сформулировано в технологической инструкции № 10-5031536-79-90 (далее – ТИ).

569

Электронный архив УГЛТУ

Нами предложено в этой сфере использовать нанопористые углеродные материалы на основе древесного угля – активный уголь и окисленный уголь, которые способны к катионообмену и анионообмену. Производство

ипереработка древесного угля в настоящее время развивается темпами, превышающими среднемировые [1, 2]. Активный уголь был получен нами из березового угля путем активации водяным паром и обладал анионообменными свойствами. Окисленный уголь получен окислением угля кислородом воздуха в присутствии водяного пара, он обладал свойствами катионообменника. Разумеется, оба полученных углеродных материала являлись эффективными сорбентами, поскольку имели высокую удельную поверхность

ивсе типы пор, что характерно для исходной углеродной матрицы [3]. Кстати, для получения древесного угля в России в основном используется береза, хотя имеются очень крупные ресурсы осиновой древесины, и они сосредоточены именно в обжитых районах РФ.

Интересно, что активность по йоду для осинового активного угля была на 7 % выше, чем этот же показатель для березового активного угля, полученного в тех же условиях

На Щербаковском пивзаводе (Челябинская область), где вода характеризуется повышенным содержанием ионов железа, марганца, цинка, силикатов

инитратов (мг/м3) относительно нормативных требований ТИ, нами проведены испытания установки [4], в состав которой входили фильтры с активным углем и окисленным углем. Результаты представлены в табл. ниже.

Результаты испытания установки

Как видно из данных таблицы, совместное применение обоих типов модифицированного угля приводит к очистке воды как от катионов, так и от анионов.

На рис. ниже показана схема водоумягчительной установки с применением Na-катионирования воды, обработка активным углем и обработка окисленным углем.

Артезианская вода из накопительного бака 1 подается на Naкатионитовый фильтр КУ-2 2, затем поступает в колонку с активным углем 3, и затем в колонку с окисленным углем 4. Пройдя очистку, вода собирается в накопительном баке 5, откуда подается в производство.

570