A komplexképző szerek új generációjának alkalmazása a nehézfémionok különböző hulladékokból történő eltávolításában | Jiotower

Bevezetés

az Aminopolikarboxilátokat (APCA) az 1940-es évek vége óta használják hatékony komplexképző anyagként az ipar különböző ágaiban. Például az EDTA (etilén-diamin-tetraecetsav), az NTA (nitrilotriecetsav) és a DTPA (Dietilén-triaminepentaecetsav) többek között felhasználható ipari tisztításban, háztartási tisztítószerekben és kozmetikumokban, cellulóz-és papíriparban, nukleáris, fényképészeti, gyógyszeriparban, textil -, bőr-és gumiiparban.

fémionokkal stabil komplexeket képezve mobilizálhatják az üledékekben adszorbeált szennyező fémionokat, oldhatják a radioaktív fémionokat és növelhetik környezeti mobilitásukat, hozzájárulhatnak a víz eutrofizálásához, mivel nitrogént tartalmaznak, amely elérhető lehet A vízi mikrobiota számára, és újra feloldhatja a kalcium–és vasfoszfátokat, felszabadítva a foszfort, és mivel a ligandum-fém komplexek jelentősen növelhetik a rendkívül veszélyes nehézfémek biohasznosulását, például a Cu(II)-EDTA és a Cd(II) – EDTA komplexek mérgezőbbek, mint a megfelelő szabad Fémek. A hagyományos komplexek elhagyásának másik fontos érve a biológiai lebonthatóság hiánya. Beszámoltak arról, hogy az aminopolikarbonsavcsoport-komplexképző szerek biológiai lebonthatósága a molekulában lévő szubsztituensek és nitrogénatomok jellegétől, valamint számától függ. Így a tetra-(EDTA) vagy penta – (DTPA) szubsztituált származékok, amelyek két vagy több tercier nitrogénatomot és karboximetilcsoportot tartalmaznak, nagyon stabilak, és csak Fe (III) komplexeikként fotodegradálhatóak.

a huszadik század végén bevezetett új komplexképző szerek azonban fontos alternatívát jelentenek az eddig főként a mosószerekben, a modern folyékony mikroelem-műtrágyákban és az agrokémiai anyagokban alkalmazott, kevéssé biológiailag lebomló kelátok számára. Ebben a csoportban a következő komplexképző anyagokat kell megemlíteni: IDS (N-(1,2-dikarboxietil)-D, L-aszparaginsav (iminodiszukcinsav), DS (poliaszpartinsav), EDDS (N, N’-etilén-diamin-borostyánkősav), GLDA (N, N-bisz(karboxilmetil) – L-glutaminsav) és MGDA (metil-glicin-diecetsav). Mindezek biológiailag könnyen lebonthatók, bár az IDS vagy az EDDS esetében a biológiai lebonthatóság jelentősen függ a vegyület izomer formájától (Knepper 2003; Nowack 2007).

1997/1998-ban az iminodiszukcinsavat (IDS) a Bayer AG (ma Lanxess) Baypure CX 100 néven vezette be (a Baypure CX 100 prospektusa; Ko! / év / év / év / év / év). Előállítása a maleinsav-anhidrid ammóniával és nátrium-hidroxiddal való reakcióján alapul. Az IDS izomer keveréke 25 % , 25% és 50% formákból áll (Cokesa et al. 2004a; Vasilev et al. 1996, 1998). 7 nap elteltével azt találták, hogy az IDS 80% – a biodegradálódott. Az IDS-t a kiváló kalciumkötő tulajdonságok, a széles pH-tartományon belüli stabilitás, a nehézfém-ionok jó komplexációja és az alacsony toxicitás és a jó biológiai lebonthatóság miatt alacsony környezeti hatás jellemzi (Cokesa et al. 2004a, b).

2005-ben a lengyel ADOB vállalat a Bayer AG-vel együttműködve kifejlesztett egy eljárást a biológiailag könnyen lebomló kelátok (IDHA márka) előállítására, amelyeket lombspray-ként alkalmaznak a mezőgazdaságban és a kertészetben, a talajban, valamint a hidroponikában és a termékenyítésben (az ADOB 2012 brosúrája).

az EDDS (N, N ‘ – etilén-diamin-diszukcinsav) az EDTA szerkezeti izomerje (Schowanek et al. 1997; Ko (2011). Az EDDS négy izomer formájában létezik: S,S- (25 %), R,R- (25 %) és S,R- (50 %). Az S, S-izomer EDDS által termelt egyes baktériumok és gombák (Nishikiori et al. 1984; Takahashi et al. 1999) biológiailag könnyen lebontható, ellentétben az R,R – és S,R-izomerekkel (Takahashi et al. 1997; Luo et al. 2011). Az EDDS komplexek biodegradációja nagymértékben függ a fém típusától, és nem kapcsolódik a kelát komplex stabilitási állandójához (Vandevivere et al. 2001a, b).

az 1990-es évek végétől számos vizsgálat vizsgálta, hogy az EDDS alkalmas-e az EDTA helyettesítésére számos célra, nem csak a mosószerekben, ahol alacsony szinten használják (< 1%), hanem a kozmetikumokban, a cellulóz-és papíriparban, a fényképiparban, valamint a szennyezett talajok tisztításában és a fitoremediációban is (Jones and Williams 2002; az Enviomet 6009 prospektusa; Wu et al. 2004).

a GLDA-t(n,N-bisz (karboxi-metil) glutaminsav tetranátriumát), más néven Dissolvine GL-38 néven az AkzoNobel Functional Chemicals vezette be a kereskedelmi méretekben (Ko 6011). Előállítása a könnyen hozzáférhető kukoricacukor fermentációjából származó mononátrium-glutamát (MSG) ízfokozón alapul (Seetz 2007; Seetz and Stanitsek 2008). A GLDA-t széles pH-tartományban jó oldhatóság jellemzi.az L-GLDA több mint 60% – a 28 napon belül lebomlik. Meg kell említeni, hogy az oldódó GL-38 csak L-formából áll, mivel a D-forma biológiailag nem lebontható. Hőstabilitása miatt a glda-t kazánok vízkezelő rendszereiben használják a kemény víz hatásának csökkentésére (Dissolvine GL-38, 2007 prospektusa). Siegert (2008) megállapította, hogy az új generációs komplexképző szerek, például a GLDA, az IDS vagy az EDDS fokozhatják a tartósítószerek, például a fenoxietanol/etilhexilglicerin (Euxyl PE 9010) hatását. A GLDA-nak további potenciális felhasználási lehetőségei vannak a mikrotápanyag-műtrágyák előállításában (Borowiec and Hoffmann 2005; Borowiec et al. 2007). A fenti komplexképző szerek szerkezeti képleteit, valamint néhány hagyományos képletet az ábra mutat be. 1.

The great progress observed in the field of complexing agents (Fig. 2) is the result, among others, of legislative changes. 2002 szeptemberében az Európai Bizottság szabályozási javaslatot fogadott el a mosószerekről és azok összetevőiről, mint például az EDTA, a biológiailag nem lebontható felületaktív anyagok, az alkil-fenol-etoxilátok (APEO) vagy a klóralapú fehérítő. Ezért a következő helyettesítési javaslatok születtek: a poliakrilátot poliaszpartátokkal kell helyettesíteni (mint például a Baypure DS 100), a citrátot iminodiszukcináttal (Baypure CX 100), a foszfonátot pedig iminodiszukcináttal (Baypure CX 100; komplexképző szerek környezeti kockázatértékelése 2001).

a nehézfém-ionok eltávolítására számos fizikai és kémiai módszer alkalmazható, beleértve a kémiai kicsapódást, koagulációt, szűrést, ioncserét, membránfolyamatokat és adszorpciót. A komplexképző szereken alapuló adszorpciós módszerek az ioncserélőkkel együtt új kilátásokat adnak a nehézfémionok eltávolítására.

a fémion eltávolításának megértéséhez fontos ismerni a fémion-ligandum kölcsönhatásokat. A komplexáció a ligandum és a fémionok közötti egyensúlyi reakciónak tekinthető:

ahol M a fémion (e− pár akceptor), m az M töltése, L a ligandum (e− pár donor), n pedig a ligandum töltése.

a tömeghatás elve szerint az M, L és ML tevékenységei a következők:

ahol KML az egyensúlyi állandó (stabilitási állandónak is nevezik). Abban az esetben, ha a pH-t figyelembe kell venni, a feltételes stabilitási állandó Kcond meghatározható:

kcond a feltételes stabilitási állandó, K a stabilitási állandó (egyenlő KML), aHL a ligandum protonációs együtthatója, aM pedig a fémionok ligandumával versengő mellékreakciók együtthatója (fémhidroxidok képződése, pufferek hatása és MLH vagy MLOH fajok kialakulása).

meg kell jegyezni, hogy a szabad Ln− mennyisége növekszik a növekvő pH-értékkel. A protonálás egyes lépéseit a K1 egyensúlyi állandók írják le, K2,.. , Kn és aHL meghatározható:

mivel az aM kifejezhető:

ahol s az a tényező, amely meghatározza, hogy létezik-e n faj (s = 1) vagy sem (s = 0), és KI és KII az oldhatatlan fém-hidroxidok képződésének egyensúlyi állandói.

a feltételes stabilitási állandó kapcsolatot ad a képződött szolvatált komplex koncentrációja (ML), a nem reagált fém koncentrációja (M) és a nem reagált tisztítószer koncentrációja (L) között. A 3. ábra néhány fémkomplexum feltételes stabilitási állandóértékének összehasonlítását mutatja az EDTA és EDDS, IDS és GLDA értékekkel. Azt is megállapították, hogy ezek az állandók az összes fémkomplexum számára a pH-érték függvényében maximumon haladnak át (Treichel et al. 2011).

a nehézfémionok és/vagy kelátképző ligandumok és anioncserélők eltávolítására szolgáló ioncsere alkalmazására csak néhány példát tettek közzé. Az egyik első papírok Nelson et al. (1960) foglalkozott az alkáliföld és az mn(II), Co(II), Ni(II) és Zn(II) ionok elválasztásával EDTA jelenlétében a dowex anioncserélőn 1 6.szám alatt EDTA formában. Néhány évig a komplexeket többek között a CU(II), a Zn(II), a Cd(II), A Ni(II) és a Co(II) meghatározására is használták oldatban és kohászati hulladékokban, valamint a komplexképző reakciók és a komplexek stabilitási állandóinak meghatározására (Hering and Morel 1990).

A pioneer papírokat Dyczyński foglalkozott az alkalmazás EDTA, valamint DCTA, hogy a távolságot microquantities a ritka földfémek (Dybczyński 1964; Wódkiewicz, valamint Dybczyński 1968). A nem monoton affinitássorozatot hubicka és Hubicki (1992) használta a kiválasztott ritkaföldfém elemkomplexek nta, HEDTA és IMDA párjainak elválasztására a makro-mikrokomponens rendszerben. Az olyan komplexképző szerek, mint az EDTA, az NTA és a citromsav nehézfémionok eltávolításában való alkalmazásának tanulmányait Bolto, Dudzi Xhamska, Clifford vagy Juang (Dudzinska and Clifford 1991/1992; Juang and Shiau 1998) kezdte meg. A szerzők megmutatták a poliakrilát-anioncserélők fölényét a polisztirolokkal szemben. Ezenkívül Juang és munkatársai munkái bizonyítják, hogy a Cu(II) eltávolítása EDTA és formaldehid jelenlétében lehetséges (Juang et al. 2005). Továbbá, egy papírban (Juang et al. 2003) A Co(II), Ni(II), Mn(II) és SR(II) ionok EDTA, nta és citromsavat tartalmazó oldatokból történő eltávolításakor kimutatták, hogy a folyamatot nemcsak a pH–oldatok befolyásolják, hanem a komplexképző anyag típusa és a moláris komplexképző anyag-fémion arány is. Ezért a poliakril anioncserélőket A Cu(II) Ida-val, NTA-val és EDTA-val történő eltávolítására is használták (Hubicki and Jakowicz 2003; Juang et al. 2006).

ebben a cikkben bemutatjuk a Cu(II), Zn(II), Cd(II) és Pb(II) vizekből és szennyvizekből történő ioncserélő módszerrel történő eltávolításának optimalizálását, valamint a biológiailag lebomló komplexképző anyagok új generációjának alkalmazásának lehetőségét. Ehhez a vizsgálathoz az IDS, az EDDS és a GLDA komplexképző szereket választották ki. Anioncserélőként a Lewatit MonoPlus M 800-at és az Ionac SR7-et választották. Azt is meg kell említeni, hogy ezek a vegyületek nem ismertek jól, és a témával kapcsolatos szakirodalom nem szisztematikus, és általában speciális igényekhez kapcsolódik. Ezért az ilyen vizsgálatok jelentősek.