Композиционный состав для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, и способ его получения
Владельцы патента RU 2301200:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ХИМТЭК" (RU)
Изобретение относится к очистке технологических и сточных вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами. Композиционный состав содержит алкиламинофосфонаты натрия общей формулы
где n=9-19, а также хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкиламинофосфонаты натрия 10-25; хлористый натрий 1-5; вода 70-89. Состав получают термической обработкой технических алифатических аминов фосфористой кислотой и формальдегидом, причем обработку алифатических аминов формулы СН3-(CH2)n-NH2, где n=9-19, ведут в присутствии катализатора - соляной кислоты, при температуре 95-105°С в течение 1,5-3,0 часов, с последующим охлаждением и нейтрализацией натриевой щелочью до рН 10. Заявленное изобретение обеспечивает повышение степени очистки обрабатываемых вод. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям, а более конкретно к водорастворимым полимерным композициям, используемым в качестве коагулянта для очистки технологических и сточных вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами.
Известно, что водорастворимые полимеры разнообразной химической структуры, содержащие атомы азота, широко используются в качестве флокулянтов для очистки различных водных систем, содержащих твердые взвешенные частицы, дисперсии.
В последнее время широкое распространение среди водорастворимых полимеров уделяется полиакриламиду (ПАА), обладающему рядом ценных свойств для его использования в различных отраслях промышленности в качестве флокулянта.
Полимеры акриламида (АА) и его производных получают радикальной полимеризацией мономеров преимущественно в растворах (в воде или в органических растворителях), а также в кристаллическом состоянии. Радикальная полимеризация АА может инициироваться ультразвуком, радиацией, теплом, светом, перекисями, гидроперекисями, азосоединениями и окислительно-восстановительными системами.
Известен способ получения полиакриламида полимеризацией акриламида в присутствии неорганических солей металлов II и III групп в водной фазе при 55°С (пат. РФ №2043997, 1995 г.).
Известен способ получения полиакриламидного флокулянта сернокислотной гидратацией акрилонитрила, нейтрализацией полученного сульфоакриламида аммиаком (пат. РФ №1678010, 1989 г.).
Известен способ получения полиакриламида полимеризацией акриламида в присутствии окислительно-восстановительного инициатора при криогенной обработке водного раствора мономера при температуре реакционной массы -3...-40°С в течение 1-36 ч (пат. РФ №2196780, 2003 г.).
Наиболее близким по технической сущности является метилольная производная ПАА, полученная при взаимодействии формальдегида с ПАА в водной среде при 45-50°С и рН 10,0-10,5. Обработка этого ПАА сульфитами или сернистой кислотой приводит к получению сульфопроизводной ПАА
(см. Бектуров Е.А. и др. Синтетические водорастворимые полимеры в растворах. Алма-Ата, 1981 г., с.64).
К недостаткам известного состава следует отнести то, что при его использовании степень очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, довольно невысокая.
Задачей заявляемого изобретения является повышение степени очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами.
Указанный результат достигается тем, что композиционный состав для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, содержащий алкиламинофосфонаты натрия общей формулы:
где n=9-19,
а также хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%
| алкиламинофосфанаты натрия | 10-25 |
| хлористый натрий | 1-5 |
| вода | 70-89 |
Способ получения композиционного состава для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, включающий термическую обработку технических алифатических аминов фосфористой кислотой и формальдегидом, что ведут обработку алифатических аминов формулы СН3-(СН2)n-NH2, где n=9-19, в присутствии катализатора - соляной кислоты, при температуре 95-105°С в течении 1,5-3,0 часов с последующим охлаждением и нейтрализацией натриевой щелочью до рН 10.
При n<9 эффективность очистки не проявляется, поскольку при этом значении резко падают поверхностно-активные свойства веществ, входящих в состав реагента.
При n>19 описанные вещества практически нерастворимы при любых значениях рН, они лишь диспергируются, снижая поверхностную активность.
При t<95°C уменьшается степень конверсии (превращения) аминов в аминофосфонаты и происходит неполное введение фосфоновой группы, т.е. уменьшается содержание соединений вида
и увеличивается содержание монопроизводной
что приводит к уменьшению эффективности действия состава.
При t>105°C наступает кипение реакционной массы, вынос летучих компонентов (формальдегида), увеличивается степень окисления конечного продукта растворенным кислородом, что приводит к ухудшению качества и эффективности работы полученного состава.
Содержание алкиламинофосфонатов в натриевой форме в предложенном составе от 10 до 25% получается в результате нейтрализации (натриевой щелочью - NaOH) и с технологической точки зрения их удаление не имеет смысла из-за трудоемкости процесса этого удаления. При их содержании менее 10% ухудшается эффективность работы реагента. При их содержании более 25% реагент становится нерастворимым и создаются технологические трудности его применения.
Хлористый натрий в предлагаемом составе является сопутствующим, по технологии получения состава его не может быть меньше 1% и его максимальное количество не может превысить 5%.
Время синтеза предложенного состава не может быть менее 1,5 часов, поскольку реагирование исходных компонентов наступает по истечении этого времени.
В интервале от 1,5 до 3 часов практически идет некоторое увеличение степени завершенности процесса и полное реагирование исходных компонентов. При синтезе свыше 3 часов начинается процесс окисления и качество продукта падает.
Предлагаемый композиционный состав исследовали следующим образом.
В стеклянный реактор емкостью 1,0 литра, снабженный обратным холодильником и механической мешалкой, через масляный гидрозатвор с фторопластовым лепестком в качестве перемешивающего элемента, загружали 100 граммов жирных аминов СН3-(СН2)n-NH2 с равным соотношением в смеси каждого из аминов от n=12. Далее заливалось 100 граммов воды, 10 граммов концентрированной HCl (35%) в качестве катализатора, 80 граммов фосфористой кислоты Н3РО3. Реакционная масса при перемешивании нагревалась на бане до 80°С. Далее в колбу добавлялось 0,05 грамма диспергатора (технические алкиларилсульфонаты натрия, водорастворимые полиоксиэтилированные пара-алкилфенолы и тому подобные). Температура реакционной массы повышалась до 90°С и при перемешивании в течение 0,5 часа дозировалось 150 граммов 37% водного раствора формалина. Температура в реакционной массе поддерживалась на уровне 95°С. Эта температура выдерживалась при механическом перемешивании в течение 1,5 часов. Далее реакционная масса при перемешивании охлаждалась холодной водой и порциями добавлялась 42% водная щелочь NaOH для нейтрализации до рН 10,0 единиц. Полученный состав в сравнении с известным обеспечил более эффективную степень очистки воды от загрязнений.
Эффективность работы заявляемого состава был проверен седиментационным методом и методом с использованием колонной флотации в лабораторных условиях.
Седиментационный метод.
В цилиндр на 500 мл добавлялся предлагаемый состав в количестве 10 мг/л загрязненной воды.
В другой цилиндр добавляли 10 мг/л полиакриламида средней молекулярной массы, равной 400000 единиц. Осаждение производилось в течение 24 часов.
По полученным результатам степень очистки загрязненной воды с использованием предлагаемого состава от взвешенных твердых частиц составлял 85%, от нефтепродуктов - 85%. С использованием полиакриламида степень очистки от взвешенных частиц составляет 45%, от нефтепродуктов - 40% (см. таблицу).
Флотационный метод очистки.
Более эффективным представляется флотационный метод очистки, основанный на флотации загрязняющих частиц в колонном аппарате пузырьками диспергированного воздуха в верхний пенный слой, с последующим его удалением и сливом очищенной (осветленной) воды.
Для проведения сравнительного эксперимента в две флотационные колонки объемом 250 мл, с устройством для барботажа воздуха в нижней части, заливалась загрязненная вода, та же, что и в седиментационном эксперименте. В одну колонку добавляли 10 мг/л предлагаемого состава, в другую - 10 мг/л полиакриламида молекулярной массы, равной 400000 единиц. Флотация велась в течение 2 минут.
По полученным результатам степень очистки загрязненной воды при флотационном методе с использованием предлагаемого состава для твердых взвешенных частиц - 95%, для нефтепродуктов - 95%. С использованием полиакриламида степень очистки от взвешенных твердых частиц составила 50%, от нефтепродуктов - 55%, что подтверждает эффективность работы предлагаемого состава (см. таблицу).
Результаты испытаний по очистки воды от взвешенных
примесей и нефтепродуктов
| Исходное содержание взвешенных частиц 349 мг/л | Седиментационный метод очистки | Флотационный метод очистки | |
| Предлагаемый состав | Полиакриламид | Предлагаем. состав | Полиакрилам. |
| Содержание взвешенных частиц после очистки, мг/л | Содержание взвешенных частиц после очистки, мг/л | ||
| 82 | 192 | 17 | 174 |
| Исходное содержание нефтепродукта в 199 мг/л | Седиментационный метод очистки | Флотационный метод очистки | |
| 30 | 119 | 10 | 90 |
1. Композиционный состав для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, содержащий алкиламинофосфонаты натрия общей формулы
где n=9-19, а также хлорид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алкиламинофосфонаты натрия | 10-25 |
| Хлористый натрий | 1-5 |
| Вода | 70-89 |
2. Способ получения композиционного состава для очистки вод, загрязненных твердыми взвешенными частицами, диспергированными маслами и/или нефтепродуктами, включающий термическую обработку технических алифатических аминов фосфористой кислотой и формальдегидом, отличающийся тем, что ведут обработку алифатических аминов формулы СН3-(CH2)n-NH2, где n=9-19, в присутствии катализатора - соляной кислоты, при температуре 95-105°С в течение 1,5-3,0 ч, с последующим охлаждением и нейтрализацией натриевой щелочью до рН 10.
