Исследование устойчивости и процессов агрегации технических лигнинов, выяснение механизмов и закономерностей их коагуляционного выделения из водных систем. Критерии выбора оптимальных условий проведения процесса выделения дисперсий технических лигнинов.
Аннотация к работе
Специальность - Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева на тему: Устойчивость и агрегация низкоконцентрированных водных дисперсий технических лигнинов, выделенных при переработке древесного сырьяРабота выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров. Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Евстигнеев Эдуард Иванович, доктор химических наук, ведущий специалист Голикова Евгения Викторовна, доктор химических наук, Афанасьев Николай Иванович. Защита диссертации состоится «___»____________2010 года в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.231.01 при Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров по адресу:198095 Санкт-Петербург, ул.Для разработки теоретических основ выделения из водных систем дисперсий технических лигнинов требуются фундаментальные исследования в области их коллоидно-химических свойств. В настоящее время существует ограниченное количество работ, направленных на изучение коллоидно-химических свойств водных растворов технических лигнинов, в том числе их агрегативной устойчивости. Исследованию низкоконцентрированных водных дисперсий технических лигнинов, соизмеримых с концентрациями их на сбросе, в настоящее время уделяется недостаточное внимание. Решение задач, связанных с разработкой научно обоснованных мероприятий по снижению сброса этих компонентов и прогноза состояния донных отложений лигнинных примесей невозможно без фундаментальных исследований коллоидно-химического поведения технических лигнинов в водных системах. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - исследовать устойчивость и процессы агрегации технических лигнинов, выяснить механизмы и закономерности их коагуляционного выделения из водных систем;При исследовании фотометрическим методом установлено, что растворы СЛ при различных концентрациях от 10 до 1000 мг·л-1 имеют интервал РН (с учетом его смещения в зависимости от концентрации СЛ), где система является седиментационно-устойчивой и видимых изменений в ее состоянии при регулировании РН не наблюдается. В общем случае, понижение РН водных дисперсий щелочных технических лигнинов, и в частности СЛ, приводит к потере их агрегативной устойчивости, причем система теряет стабильность по мере приближения к точке нулевого заряда этих лигнинов (для СЛ РН ~2.0), что свидетельствует о нейтрализационном механизме коагуляции. Более наглядно изменение состояния системы в результате происходящих коагуляционных процессов и, как следствие этого, изменение ее дисперсного состава демонстрирует рис.3, на котором приведена зависимость распределения частиц СЛ по массе (%) в водном растворе, полученная при последовательной фильтрации низкоконцентрированной системы СЛ методом мембранной фильтрации на трековых мембранах. На основании этих данных была построена зависимость РН начала фильтрационного выделения СЛ, отвечающего началу уменьшения концентрации СЛ в фильтрованной пробе, от концентрации СЛ в исследованных системах (рис.4). Рост РН системы приводит к увеличению плотности отрицательного заряда (V-потенциала) дисперсии СЛ (рис.6), за счет изменения степени диссоциации поверхностных кислородсодержащих (карбоксильных и фенольных) функциональных групп СЛ, что в свою очередь вызывает рост электростатической составляющей энергии взаимодействия частиц СЛ и, следовательно, увеличение агрегативной устойчивости системы.Установлено, что агрегативная устойчивость и порог седиментационной устойчивости водных систем технических лигнинов существенно зависит от величины РН системы и вида электролита. Показано, что низкоконцентрированные водные системы на основе щелочных лигнинов (СЛ 10 мг·л-1) в диапазоне РН от 2.0 до12 являются полидисперсными системами, причем, размер частиц существенно зависит от величины РН системы. Методом мембранной фильтрации на трековых мембранах показано, что с понижением РН системы размер частиц СЛ возрастает, тогда как степень полидисперсности системы уменьшается. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что увеличение концентрации щелочных технических лигнинов и повышение температуры систем смещает РН начало их коагуляционного выделения в область более высоких значений РН. В связи с этим установлено, что механизмы коагуляционного выделения дисперсии СЛ из водных систем также зависят от РН системы, вида и концентрации электролитов.
План
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫОсновное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях
1. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. О возможном механизме очистки сточных вод от лигнина сульфатом алюминия// Коллоид. журн. -1993. Т.55. №6, С.138-139.
2. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б., Барышева И.А. Коагуляционная очистка сточных вод предприятий ЦБП// ЖПХ, 1994г. Т 67. № 3 С.402-406
3. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Некоторые коллоидно-химические свойства сульфатного лигнина в растворах электролитов: матер. комплекса научных и научно-практических мероприятий стран СНГ. Конф., семинар, школа, выставка. (Одесса, сентябрь 1993г.) 1993. С.116.
4. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Коагуляция водных растворов лигнина хлоридами натрия и кальция.// Коллоид. журн. 1994, Т.56, №2, С.287-289.
5. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Физико-химическая очистка сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности: матер. межд. конф. «Коллоидная химия в решении проблем окружающей среды» (Минск 15-17 апр.1994) Минск. 1994, С. 7-8.
6. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Электрофоретическое поведение сульфатного лигнина в растворах электролитов.// Коллоид. журн. 1995. Т. 57. №1. С.132 - 134
7. Chernoberezhskii Yu.M., Diagileva A.B., Barisheva I.A Wastewaters treatment of sulphat, sulphit pulp and paper mills by coagulation: proceed. 8-th Inter. Simp. On Wood & Pulping Chem. Jun. 6-9 1995. Helsinki. Finland Procedigs, V.3, p.213-218.
8. Chernoberezhskii Yu.M., Kizim A.I., Diagileva A.B., Lashkevich O.V. Electrical properties & agregativ stability of hidrophilic dispersion of powdered cellulose in electrolytes solution: proceed. 11-th Inter. Conf. SURFACE FORCES, (Jun. 25-29, 1996, Moscow. Russia.) M. P.29.
9. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Коллоидно-химические свойства технических лигнинов в водных растворах электролитов.: матер. II Совещания «Лесохимия и органический синтез». Сыктывкар, 1996. С. 92
10. Лоренцсон А.В., Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Растворимость сульфатного лигнина в водных растворах электролитов: матер. II Совещания «Лесохимия и органический синтез». Сыктывкар, 1996. С. 93.
11. Карташова Н.Н., Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Кинетика коагуляции сульфатного лигнина в водных растворах электролитов: матер. II Совещания «Лесохимия и органический синтез». Сыктывкар, 1996. С. 94.
12. Самарина О.Н., Максимова Н.Ю., Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М., Агрегативная устойчивость и коагуляция водных дисперсий органосольвентных лигнинов: матер. II Совещания «Лесохимия и органический синтез». Сыктывкар, 1996. С. 95.
13. Лашкевич О.В., Максимова Н.Ю., Карташова Н.Н., Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Агрегативная устойчивость и коагуляция ряда водных дисперсий растительных полимеров/ [и др.].: матер. II Всерос. конф. «Физико-химические основы пищевых и химических производств»(12-13 ноября, 1996, Воронеж). Воронеж. С.11
14. Лашкевич О.В, Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Влияние NACL и Ca(NO3)2 на агрегативную устойчивость водных дисперсий порошковой целлюлозы// Коллоид. журн. 1997 Т.59 № 4 С.504-507.
15. Чернобережский Ю.М., Лоренцсон А.В., Дягилева А.Б. Коагуляция сульфатного лигнина хлоридом алюминия и его предгидролизованными формами: матер. III Совещания "Лесохимия и органический синтез". Сыктывкар, 1998. С.196.
16. Лашкевич О.В, Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Влияние РН на электроповерхностные свойства и агрегативную устойчивость водной дисперсии порошковой целлюлозы //Коллоид. журн. 1998. Т.60, №1 С.42-45.
17. Chernoberezhskii Yu.M., Lorentsson A.V., Dyagileva A.B. Peculiarities of Kraft lignin removal from wastewaters by aluminium sulphate and chloride: proceed. 10-th Intern. Symp. on Wood & Pulp Chemistry. - Yokohama, Japan, - 1999. V.II, P. 302-305.
18. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Потенциометрическое титрование сульфатного лигнина //Коллоид. журнал 1990, Т 52, № 6. С.1213-1216.
19. Чернобережский Ю.М., Лоренцсон А.В., Дягилева А.Б. Коагуляция сульфатного лигнина соляной и серной кислотами//ЖПХ, 1999,. Т.72, №9, С. 1496-1498.
21. Chernoberezhskii Yu.M., Lorentsson A.V., Diagileva А.В., Solubility and colloidal stability of Kraft lignin in water solutions of different electrolytes: proceed, 6th IAWQ Symposium on Forest Industry Wastewaters, Tampere. Finland, 1999, P.397-404.
22. Лоренцсон А.В. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Коагуляция сульфатного лигнина сульфатом и хлоридом алюминия.: матер. научно-практ. конф. «Инжерное обеспечение ресурсосберегающих технологий водопользования для промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных производств» (С-Петербург, 18-19 мая 1999). СПБ, 1999. С.111-116.
24. Чернобережский Ю.М., Минеев Д.Ю., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Исследование коагуляционной способности TIOSO4?2H2O по отношению к водным растворам сульфатного лигнина: матер. научно-практ. конф. «Организация рационального испольования поверхностных и подземных вод, экологическое нормирование выбросов на промышленных. предприятиях» -СПБ, 2000, С.101-105.
25. Чернобережский Ю.М. Минеев Д.Ю., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Белова Ю.В. Выделение сульфатного лигнина из водных растворов сульфатом оксотитана, сульфатом алюминия и композиционным коагулянтом на их основе//ЖПХ, 2002, Т.75, №10, С.1730-1732.
26. Чернобережский Ю.М. Минеев Д.Ю., Дягилева А.Б., Применение солей титана для выделения сульфатного лигнина из сточной воды: матер. Х научно-практической международной конференции «Проблемы сбросов и выбросов загрязняющих веществ, размещение отходов» (24-25 апр. 2001 Санкт-Петербург) СПБ. 2001. С.36- 39.
27. Атанесян А.А., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Выделение сульфатного лигнина из щелокосодержащих потоков кислотами и возможные пути снижения количества шлам-лигнина : матер. Х научно-практической международной конференции «Проблемы сбросов и выбросов загрязняющих веществ, размещение отходов» (24-25 апр. 2001 Санкт-Петербург) СПБ. 2001. С.40- 43.
28. Чернобережский Ю.М. Минеев Д.Ю., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В. Исследование механизмов взаимодействия продуктов гидролиза титанилсульфата с сульфатным лигнином // Коллоид. журн. 2002, Т.64, №2, С.257-261.
29. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б., Атенесян А.А, Лещенко Т.В. Влияние концентрации сульфатного лигнина на агрегативную устойчивость его водных дисперсий//Коллоид. журн. 2002, Т.64, №5, С.704-707.
30. Чернобережский Ю.М., Атенесян А.А, Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В. Лещенко Т.В. Влияние концентрации сульфатного лигнина на эффективность его коагуляционного выделения из водных растворов электролитов //ЖПХ. 2002. Т.75, Вып. 7, С. 1189-1192.
31. Получение композиционного коагулянта-флокулянта из нефелиновых отходов и их применение при очистке сточных вод ЦБП./ Дягилева А.Б. [и др.].: матер. междунар. конф. «Физикохимия лигнина» - Архангельск 2005. С.186-189. ISBN 5-261-00212-6
32. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М., Лоренцсон А.В., Кручинина Н.Е. Перспективы применения композиционных коагулянтов-флокулянтов в технологии физико-химической очистки специфических потоков ЦБП: матер. междунар. научно-практ. конф. «Ресурсо и энергосбережение в целлюлозно-бумажной примышленности и городском коммунальном хозяйстве» - СПБ, 2005. С. 169-172.
33. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Бирюкова О., Кручинина Н.Е. Перспективы использования композиционных коагулянтов-флокулянтов в технологии очистки воды: матер. ХІІ Межотраслевой междунар. конф. «Организация природоохранной деятельности, повышение эффективности природопользования и экологической безопасности» -СПБ, 2003. С. 138-140.
34. Дягилева А.Б., Староверова Е., Леванова В.П. Возможность применения метода коагуляции при очистке сточных вод производства «Полифепана»: матер. ХІІ. Межортаслевой междунар. конф. «Организация природоохранной деятельности, повышение эффективности природопользования и экологической безопасности» -СПБ, 2003. С. 141-146.
35. Выделение лигносодержащих примесей сточных вод с помощью композиционных коагулянтов-флокулянтов на основе нефелинсодержащих отходов./Дягилева А.Б. [и др.].: матер. Х1V межотраслевой междунар. конф. «Организация системы управления природными ресурсами и повышение эффективности экологической безопасности» - СПБ, 2004. С. 231-234.
36. Лоренцсон А.В., Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Определение оптимальных условий коагуляционной очистки воды модифицированным методом пробного коагулирования // Колоид. журн. 2002. Т.64. №1. С.94-96.
37. Chernoberezhskii Yu.M., Diagileva А.В. Regularities of sulphate lignin removal from water by coagulation: proceed. 4th Inter. Conf. on Carpathian Euroregion Ecology CERECO’2003, International Visegrad Fund, (April 28-30, 2003 Miskolc-Tapolca) HUNGARY. - p.135-142.
38. Чернобережский Ю.М., Рудакова И.А., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В. Агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсий сульфатного лигнина в водных растворах электролитов.: матер. междунар. конф. «Физикохимия лигнина», Архангельск, 2005. С. 32-36. ISBN 5 -261-00212-6
39. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М., Атанесян А.А. Концентрационная и температурная зависимости агрегативной устойчивости водных дисперсий сульфатного лигнина: матер. междунар. конф. «Физикохимия лигнина», Архангельск, 2005. С. 44-47. ISBN 5 -261-00212-6
40. Веткина М.С., Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М., Лоренцсон А.В. Коагуляционное выделение лигносульфонатов из их водных растворов: матер. междунар. конф. «Физикохимия лигнина», Архангельск, 2005. С. 190-193. ISBN 5 -261-00212-6
41. Moreva.Yu. Rudackva I. Molodkina L., Diagileva A., Chernoberezhskii Yu. Aggregate stability and coagulation of sulphate (kraft) lignin water dispersions - one of the main impurities of cellulose plants wassterwaters: proceed. the inter.Youth Siens Environmental Forum “ECOBALTICA-2008” St.Peterburg? 26-28 June. 2008. P. 173-176.
42. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б., Лоренцсон А.В., Рудакова И.С., Кручинина Н.Е. Коагуляционная очистка сточных вод ЦБП : матер.по итогам работы всерос. Семинара зав. кафедрами экологии и охраны окружающей среды. Пермь, 2006.С.213.
43. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Коллоидно-химические аспекты очистки сточных вод от лигнинных веществ, полученных при различных способах делигнификации.: матер. II междунар. конф. «Физикохимия лигнина», (11-15 июня 2007 Архангельск), 2007. С. 71-76. ISBN 5 -261-00335-Х
44. Рудакова И.А., Молодкина Л.М., Чернобережский Ю.М., Дягилева А.Б. Исследование зависимости размеров частиц водных дисперсий сульфатного лигнина от РН на трековых мембранах // Коллоидный журнал, 2007, Т. 69, №2. с.261-264.
45. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М., Рудакова И.С., Морева Ю.Л. Исследование зависимости дисперсного состава сульфатного лигнина от РН методом фильтрации на трековых мембранах: матер. III междунар. конф. «Физикохимия лигнина», (5-7 июля 2009 Архангельск), 2009. С. 113-116 ISBN 5 -261-00335-Х
46. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М., Морева Ю.Л Рудакова И.С., Коллоидно-химические свойства водных дисперсий сульфатного (крафт) лигнина: матер III международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, посвященной двухсотлетию открытия электрокинетических явлений Ф.Ф. Рейссом (24-28 июня 2008г. Москва) -М.: Легенда.2008 С.91 ISBN 978-5 -9710-0219-2
47. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Коллоидно-химические аспекты очистки сточных вод от примесей лигнинов, часть 1./ Целлюлоза. Бумага. Картон. 2009, № 8. 74-78
48. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Коллоидно-химические аспекты очистки сточных вод от примесей лигнинов, часть 2./ Целлюлоза. Бумага. Картон. 2009, № 9. 62-64
49. Дягилева А.Б. Перспективы использования физико-химической очистки для специфических потоков: матер. междунар. научно-практ. конф. «Водопользование в технологии, экологии, энергетике и экономике предприятия»: ГУОВПО СПБГТУ РП -СПБ, 2009. С.75-78.
50. Чигурова С.В., Башков А.С., Дягилева А.Б. Оценка принятых решений по критериям риска при реализации проекта реконструкции очистных сооружений: матер междунар. научно-практ. конф. «Водопользование в технологии, экологии, энергетике и экономике предприятия»:ГУОВПО СПБГТУ РП -СПБ, 2009 С.79-81.