Aplikace nové generace komplexotvorných činidel při odstraňování iontů těžkých kovů z různých odpadů | Jiotower

Úvod

Aminopolycarboxylates (APCA), byly používány od konce roku 1940 jako efektivní komplexotvorná činidla v různých odvětvích průmyslu. Například EDTA (ethylendiamintetraoctové kyseliny), NTA (nitrilotriacetic acid) a DTPA (diethylen-triaminepentaacetic kyselina), mimo jiné, mohou být použity v průmyslové čištění, čisticích prostředků a kosmetiky, papíru a celulózy, jaderná, fotografickým, léčiva, textilní, kožedělný a gumárenský průmysl.

Tvořící stabilní komplexy s ionty kovů, které může mobilizovat kontaminace kovovými ionty adsorbují na sedimenty, solubilizaci radioaktivních kovových iontů a zvýšení jejich ekologické mobility, přispívají k eutrofizaci vody, protože obsahují dusík, který by mohl být k dispozici pro vodní mikroflóry a znovu se rozpustí vápník a železo, fosfáty, uvolnění fosforu a jako ligand–kov komplexy mohou výrazně zvýšit biologickou dostupnost velmi nebezpečné těžké kovy, například Cu(II)-EDTA a Cd(II)-EDTA komplexy jsou více toxické než příslušných volných kovů. Dalším důležitým argumentem pro opuštění tradičních komplexů je nedostatek jejich biologické rozložitelnosti. Bylo hlášeno, že biologická rozložitelnost komplexních činidel aminopolykarboxylových skupin závisí na charakteru a počtu substituentů a atomů dusíku v molekule. Tedy tetra-(EDTA) nebo penta-(DTPA) substituované deriváty se dvěma nebo více terciární atomy dusíku a karboxymethylových skupin jsou vysoce stabilní a jsou hlášeny být photodegradable pouze jako jejich Fe(III) komplexů.

Nicméně, nové komplexotvorných činidel představen na konci dvacátého století jsou důležitou alternativou pro střídmě biologicky rozložitelné v chelátu s doposud používané především v takových oblastech, jako jsou čisticí prostředky, moderní tekutý aktivátor s komplexem stopových prvků hnojiv a agrochemikálií. V této skupině následující komplexotvorných činidel by mělo být uvedeno: ID (N-(1,2-dicarboxyethyl)-D,L-aspartová kyselina (iminodisuccinic kyselina), DS (polyasparagátová kyselina), EDDS (N,N’-ethylenediaminedisuccinic kyselina), GLDA (N,N-bis(carboxylmethyl)-L-glutamová kyselina) a MGDA (methylglycinediacetic kyseliny). Všechny tyto jsou snadno biologicky rozložitelné, i když v případě ID nebo EDDS, biologická rozložitelnost závisí výrazně na izomerní formě sloučeniny (Knepper 2003; Nowacková 2007).

V 1997/1998, iminodisuccinic kyseliny (IDS), byl představen společností Bayer AG (nyní Muzea) jako Baypure CX 100 (Brožura Baypure CX 100; Kołodyńska 2011). Jeho výroba je založena na reakci anhydridu maleinu s amoniakem a hydroxidem sodným. Izomerní směs IDS se skládá z 25%, 25% a 50% forem (Cokesa et al. 2004a; Vasilev a kol. 1996, 1998). Po 7 dnech bylo zjištěno, že 80 % IDS prošlo biodegradací. IDS je také vyznačuje vynikající vázání vápníku vlastnosti, stabilita v širokém rozsahu pH, dobré komplexace iontů těžkých kovů a nízký dopad na životní prostředí vzhledem k nízké toxicitě a dobré biologické rozložitelnosti (Cokesa et al. 2004a, b).

V roce 2005, polské společnosti ADOB, ve spolupráci s Bayer AG, vyvinula proces výroby snadno biologicky rozložitelné chelátů (IDHA-značky), které jsou použity jako listové spreje v zemědělství a zahradnictví, v půdě aplikací, stejně jako hydroponie a fertigation (Brožura z ADOB 2012).

EDDS (N,n’-ethylendiamindisukcinová kyselina) je strukturní izomer EDTA (Schowanek et al. 1997; Kołodyńska 2011). EDD existuje ve formě čtyř izomerů: S, S- (25 %), R,R- (25%) A S, R- (50%). S, s-izomer EDD produkovaný některými bakteriemi a houbami (Nishikiori et al. 1984; Takahashi et al. 1999) je snadno biologicky rozložitelný, na rozdíl od R,R – A S, R-izomerů (Takahashi et al. 1997; Luo et al. 2011). Biodegradace komplexů EDDS silně závisí na typu kovu a nesouvisí s konstantou stability chelátového komplexu (Vandevivere et al . 2001a, b).

Od pozdní 1990, mnoho šetření zkoumala vhodnost EDDS jako náhrada za EDTA k mnoha účelům, nejen v pracích, kde se používá na nízké úrovni (<1 %), ale také v kosmetice, celulóza a papír, fotografický průmysl, stejně jako v čištění kontaminovaných půd a fytoremediace (Jones a Williams 2002; Brožuře Enviomet™ 2009; Wu et al. 2004).

GLDA (tetranatrium-N,N-bis(karboxymethyl) kyselina glutamová), také známý jako Dissolvine GL-38 byl představen na komerčním měřítku o akzo nobel Functional Chemicals (Kołodyńska 2011). Jeho výroba je založena na zesilovači chuti glutamátu sodného (MSG) z fermentace snadno dostupných kukuřičných cukrů (Seetz 2007; Seetz and Stanitzek 2008). GLDA se vyznačuje dobrou rozpustnost v širokém rozmezí pH. Více než 60% L-GLDA degraduje do 28 dnů. Je třeba zmínit, že Disolvin GL-38 sestává pouze z L-formy, protože D-forma není biologicky rozložitelná. Díky své tepelné stabilitě se GLDA používá v systémech úpravy vody kotlů ke snížení účinku tvrdé vody (brožura Disolvine GL-38, 2007). Siegert (2008) zjistil, že nová generace komplexotvorná činidla, jako jsou GLDA, IDS nebo EDDS může zvýšit účinek látek, jako fenoxyethanol/ethylhexylglycerin (Euxyl PE 9010). GLDA má také další potenciální využití při výrobě mikroživinových hnojiv (Borowiec and Hoffmann 2005; Borowiec et al. 2007). Strukturní vzorce výše uvedených komplexačních činidel, jakož i některých tradičních, jsou uvedeny na obr. 1.

The great progress observed in the field of complexing agents (Fig. 2) is the result, among others, of legislative changes. V září 2002 přijala Evropská komise návrh nařízení pro detergenty a jejich složky, jako jsou EDTA, nebiodegradovatelné povrchově aktivní látky, alkylfenolethoxyláty (APEO) nebo bělidlo na bázi chloru. Proto následující návrhy na nahrazení byly provedeny: polyakrylátu by měl být nahrazen polyaspartates (jako Baypure DS 100), citrát tím, iminodisuccinate (Baypure CX 100) a disodný tím, iminodisuccinate (Baypure CX 100; Hodnocení Rizik pro životní Prostředí Komplexotvorných Činidel 2001).

odstranit ionty těžkých kovů, mnoho fyzikální a chemické metody, včetně například běžné jako ty chemické srážení, koagulace, filtrace, iontové výměny, membránových procesů a adsorpce může být použita. Adsorpční metody založené na komplexotvorných činidel spolu s iontoměniče dát nové možnosti pro odstraňování iontů těžkých kovů.

abychom porozuměli odstraňování kovových iontů, je důležité znát interakce iontu a ligandu kovu. Na komplexace lze považovat za rovnovážné reakce mezi ligandem a ionty kovů:

kde M je kovový ion (e− pair akceptor), m je náboj, M, L je ligand (e− pair dárce) a n je náboj ligandu.

Podle principu masové akce, činnosti, M, L a ML jsou následující:

kde KML je rovnovážná konstanta (také označován jako konstanta stability). V případě, že pH by mělo být vzato v úvahu, podmíněná konstanta stability Kcond může být definován jako:

byly Kcond je podmíněné stability konstanta, K je konstanta stability (rovná KML), aHL je koeficient ligand protonace a jsem je koeficient vedlejší reakce soutěžit s ligandem pro kovové ionty (tvorba kovové hydroxidy, účinky nárazníky a vzniku MLH nebo MLOH druhů).

je třeba poznamenat, že množství volného Ln-se zvyšuje s rostoucí hodnotou pH. Jednotlivé kroky protonace jsou popsány rovnovážnými konstantami K1, K2,.. , Kn a aHL může být definován jako:

vzhledem k tomu, že jsem může být vyjádřena jako:

kde s je faktor, který určuje, jestli druhů n existuje (s = 1) nebo ne (s = 0) a KI a KII jsou rovnovážné konstanty pro nerozpustné kovové hydroxidy tvorba.

podmíněné stability konstanta udává vztah mezi koncentrací solvated komplex tvořil (ML), koncentrace nezreagovaného kovu (M) a koncentrace nezreagované čisticí prostředek (L). Obrázek 3 ukazuje srovnání konstantních hodnot podmíněné stability některých komplexů kovů s EDTA a EDDS, IDS a GLDA. Bylo také zjištěno, že tyto konstanty pass pro všechny kovové komplexy prostřednictvím maximálního jako funkce pH hodnota (Treichel et al. 2011).

Jen několik příkladů použití iontové výměny pro odstraňování iontů těžkých kovů a/nebo chelatační ligandy a anion výměníky byly zveřejněny. Jeden z prvních článků Nelsona a kol. (1960) zabýval oddělení alkalických zemin a Mn(II), Co(II), Ni(II) a Zn(II) iontů v přítomnosti EDTA na anion exchanger Dowex 1 × 4 ve formě EDTA. Pro některé roky, complexones byly také použity pro stanovení, mimo jiné, Cu(II), Zn(II), Cd(II), Ni(II) a Co(II) v roztoku a hutních odpadů, stejně jako v studium komplexace reakce a stanovení konstanty stability z complexones (Hering a Morel 1990).

pioneer papíry Dyczyński zabýval aplikací EDTA a DCTA oddělení microquantities vzácných zemin (Dybczyński 1964; Wódkiewicz a Dybczyński 1968). Non-monotónní affinity série byly použity Hubicka a Hubicki (1992) pro separaci vybraných párů vzácných zemin prvek komplexy s NTA, HEDTA a IMDA v makro-microcomponent systému. Studie aplikace, jako komplexotvorná činidla jako EDTA, NTA a kyselina citronová v ionty těžkých kovů odstranění zahájilo Bolto, Dudzińska, Clifford nebo Juang (Dudzinska a Clifford 1991/1992; Juang a Shiau 1998). Autoři ukázali nadřazenost polyakrylátových aniontových výměníků nad polystyrenovými. Práce Juanga a spolupracovníků navíc dokazují, že odstranění Cu (II)je možné v přítomnosti EDTA a formaldehydu (Juang et al . 2005). Navíc v novinách (Juang et al. 2003) na odstranění Co(II), Ni(II), Mn(II) a Sr(II) iontů z roztoků obsahujících EDTA, NTA a kyselina citronová, bylo prokázáno, že proces je ovlivněn nejen tím, pH řešení, ale také podle druhu komplexotvorné činidlo a molární komplexotvorné činidlo–kovové ion poměr. Proto byly polyakrylové aniontové výměníky také použity pro odstranění Cu (II) s IDA, NTA a EDTA (Hubicki and Jakowicz 2003; Juang et al. 2006).

V tomto článku, optimalizace pro odstranění Cu(II), Zn(II), Cd(II) a Pb(II) z vod a odpadních vodách pomocí iontové výměny způsob a možnost použití nové generace biologicky rozložitelných komplexotvorných činidel je uveden. Pro tuto studii byly vybrány komplexační činidla IDS, EDDS a GLDA. Jako aniontové výměníky byly vybrány Lewatit MonoPlus M 800 a Ionac SR7. Je třeba také zmínit, že tyto sloučeniny nejsou dobře známy a stávající literatura na toto téma není systematická a obvykle souvisí se specifickými potřebami. Proto mají tato šetření značný význam.