Anvendelse av en ny generasjon av complexing agenter i fjerning av tungmetallioner fra ulike avfall | Jiotower

Innledning

Aminopolykarboksylater (APCA) har vært brukt siden slutten Av 1940-tallet som effektive complexing agenter i ulike bransjer. FOR EKSEMPEL KAN EDTA (etylendiamintetraeddiksyre), NTA (nitrilotrieddiksyre) og DTPA (dietylen-triaminepentaeddiksyre) blant annet brukes i industriell rengjøring, husholdningsvaskemidler og kosmetikk, i papirmasse og papir, nukleær, fotografisk, farmasøytisk, tekstil -, lær-og gummiindustri.

Danner stabile komplekser med metallioner, de kan mobilisere forurensende metallioner adsorbert i sedimenter, løseliggjøre radioaktive metallioner og øke deres miljømessige mobilitet, bidra til vann eutrofiering da de inneholder nitrogen som kan være tilgjengelig for akvatisk mikrobiota og gjenoppløs kalsium–og jernfosfater, frigjøre fosfor og som ligandmetallkomplekser kan øke biotilgjengeligheten av ekstremt farlige tungmetaller betydelig, for eksempel Cu(II)-EDTA OG Cd(II)-EDTA-kompleksene er mer giftige enn de respektive frie metaller.. Et annet viktig argument for å forlate tradisjonelle kompleksoner er mangelen på deres bionedbrytbarhet. Det har blitt rapportert at bionedbrytbarheten av aminopolykarboksylgruppekompleksmidler avhenger av karakteren, så vel som antall substituenter og nitrogenatomer i molekylet. Dermed tetra-(EDTA) eller penta – (DTPA) substituerte derivater med to eller flere tertiære nitrogenatomer og karboksymetylgrupper er svært stabile og rapporteres å være fotodegraderbare bare som Deres Fe (III) komplekser.

imidlertid er nye kompleksdannende midler introdusert i slutten av det tjuende århundre et viktig alternativ for de sparsomt bionedbrytbare chelatene som hittil brukes hovedsakelig på slike felt som vaskemidler, moderne flytende mikroelementgjødsel og agrokjemikalier. I denne gruppen bør følgende kompleksdannende midler nevnes: IDS (N-(1,2-dikarboksyetyl) – D, L-asparaginsyre( iminodisuccinsyre), DS (polyaspartisk syre), EDDS (N,n’-etylendiamindisuccinsyre), GLDA(N,N-bis (karboksylmetyl)-L-glutaminsyre) Og MGDA (metylglycinedieddiksyre). Alle disse er lett biologisk nedbrytbare, men i TILFELLE AV IDS eller EDDS, avhenger bionedbrytbarheten betydelig av den isomere formen av forbindelsen(Knepper 2003; Nowack 2007).

i 1997/1998 ble iminodisuccinic acid (IDS) introdusert Av Bayer AG (Nå Lanxess) Som Baypure CX 100 (Brosjyre Av Baypure CX 100; Kołń 2011). Produksjonen er basert på reaksjonen av maleinsyreanhydrid med ammoniakk og natriumhydroksyd. Den isomere blanding AV IDS består av 25 % , 25% og 50% former (Cokesa et al. 2004a; Vasilev et al. 1996, 1998). Etter 7 dager ble det funnet at 80 % AV ID-ENE gjennomgikk bionedbrytning. IDS er også preget av gode kalsiumbindende egenskaper, stabilitet over et bredt pH-område, god kompleksering av tungmetallioner og lav miljøpåvirkning på grunn av lav toksisitet og god bionedbrytbarhet (Cokesa et al. 2004a, b).

i 2005 utviklet det polske selskapet ADOB, i samarbeid Med Bayer AG, en prosess for å produsere lett biologisk nedbrytbare chelater (IDHA-merke) som brukes som bladspray i landbruk og hagebruk, i jordapplikasjoner samt hydroponics og fertigation (Brosjyre AV ADOB 2012).

EDDS (N,n’-etylendiaminedisuccinsyre) er en strukturell isomer AV EDTA (Schowanek et al. 1997; Kołń 2011). EDDS finnes i form av fire isomerer: S, S- (25 %), R, R- (25 %) Og S, R- (50 %). S, S-isomer AV EDDS produsert av noen bakterier og sopp (Nishikiori et al. 1984; Takahashi et al. 1999) er lett biologisk nedbrytbar, i motsetning Til R, R-og S,R-isomerer (Takahashi et al. 1997; Luo et al. 2011). Bionedbrytning AV EDDS-komplekser er sterkt avhengig av typen metall og er ikke relatert til stabilitetskonstanten av chelatkomplekset (Vandevivere et al. 2001a, b).

fra slutten AV 1990-tallet har mange undersøkelser undersøkt edds egnethet som erstatning FOR EDTA for mange formål, ikke bare i vaskemidler der det brukes på lavt nivå (<1%), men også i kosmetikk, papirmasse og papir, fotografiske næringer samt i rensing av forurenset jord og fytoremediering(Jones and Williams 2002; Brosjyre Av Enviomet™ 2009; Wu et al. 2004).

GLDA(tetrasodium Av N,N-bis (carboxymethyl) glutamic acid) også kjent Som Dissolvine GL-38 ble introdusert på kommersiell skala Av AkzoNobel Functional Chemicals (Kołń 2011). Produksjonen er basert på smaksforsterkeren mononatriumglutamat (MSG) fra gjæring av lett tilgjengelige mais sukkerarter (Seetz 2007; Seetz and Stanitzek 2008). GLDA er preget av god oppløselighet over et bredt spekter av pH. Over 60 % AV L-GLDA nedbrytes innen 28 dager. Det bør nevnes At Dissolvine GL-38 bare består Av L-formen fordi D-formen ikke er biologisk nedbrytbar. PÅ grunn AV sin termiske stabilitet BRUKES GLDA i kjeler vannbehandlingssystemer for å redusere effekten av hardt vann (Brosjyre Av Dissolvine GL-38, 2007). Siegert (2008) fant at den nye generasjonen kompleksdannende midler som GLDA, IDS eller EDDS kan øke effekten av konserveringsmidler som fenoksyetanol / etylheksylglyserin (Euxyl PE 9010). GLDA har også ytterligere potensielle bruksområder i produksjon av mikronæringsgjødsel (Borowiec And Hoffmann 2005; Borowiec et al. 2007). Strukturformlene til de ovennevnte kompleksdannende midler, så vel som noen tradisjonelle, presenteres I Fig. 1.

The great progress observed in the field of complexing agents (Fig. 2) is the result, among others, of legislative changes. I September 2002 vedtok Eu-Kommisjonen et forslag til forordning for vaskemidler og deres ingredienser som EDTA, ikke-biologisk nedbrytbare overflateaktive stoffer, alkylfenoletoksylater (APEO) eller klorbasert blekemiddel. Derfor ble følgende forslag til substitusjon gjort: polyakrylat bør erstattes av polyaspartater (Som Baypure DS 100), citrat av iminodisuccinat (Baypure CX 100) og fosfonat av iminodisuccinat (Baypure CX 100; Miljørisikovurdering av Kompleksdannende Midler 2001).

for å fjerne tungmetallioner kan mange fysiske og kjemiske metoder, inkludert slike vanlige som kjemisk nedbør, koagulasjon, filtrering, ionbytter, membranprosesser og adsorpsjon, påføres. Adsorpsjonsmetoder basert på kompleksdannende midler sammen med ionbyttere gir nye muligheter for fjerning av tungmetallioner.

for å forstå metall ion fjerning, er det viktig å vite metall ion-ligand interaksjoner. Kompleksasjonen kan betraktes som likevektsreaksjonen mellom ligand og metallioner:

Hvor M er metallionen (e-pair acceptor), m er ladningen Av M, L er liganden (e− pair donor) og n er ladningen av ligand.

i Henhold til prinsippet om massehandling er aktivitetene Til M, L OG ML som følger:

HVOR KML er likevektskonstanten (også betegnet som stabilitetskonstanten). I tilfelle når pH skal tas i betraktning, kan den betingede stabilitetskonstanten Kcond defineres som:

kcond er den betingede stabilitetskonstanten, k er stabilitetskonstanten (lik KML), aHL er koeffisienten for ligandprotonering og aM er koeffisienten for sidereaksjoner som konkurrerer med liganden for metallioner (dannelse av metallhydroksider, effekter av buffere og dannelse AV MLH-eller MLOH-arter).

det skal bemerkes at mengden fri Ln-øker med den økende pH-verdien. De enkelte trinnene av protonasjon er beskrevet av likevektskonstantene K1, K2,.. Kn og aHL kan defineres som:

mens aM kan uttrykkes som:

hvor s er faktoren som bestemmer om art n eksisterer (s = 1) eller ikke (s = 0) og KI og KII er likevektskonstantene for uoppløselig metallhydroksiddannelse.

den betingede stabilitetskonstanten gir et forhold mellom konsentrasjonene av det solverte komplekset som dannes (ML), konsentrasjonen av det uomsatte metallet (M) og konsentrasjonen av det uomsatte rengjøringsmiddelet (L). Figur 3 viser sammenligningen av de betingede stabilitetskonstantverdiene for noen komplekser av metaller MED EDTA og EDDS, IDS og GLDA. Det ble også funnet at disse konstantene passerer for alle metallkomplekser gjennom et maksimum som en funksjon av pH-verdien (Treichel et al. 2011).

bare noen få eksempler på anvendelse av ionebytter for fjerning av tungmetallioner og/eller chelaterende ligander og anionbyttere har blitt publisert. En av De første papirene Av Nelson et al. (1960) behandlet separasjon av alkaliske jord og Mn(II), Co(II), Ni(II) Og Zn(II) ioner i nærvær AV EDTA på anion exchanger Dowex 1 × 4 I EDTA form. I noen år ble kompleksoner også brukt til bestemmelse av Blant Annet Cu (II), Zn (II), Cd (II), Ni(II) OG Co (II) i løsning OG metallurgisk avfall, samt i studier av kompleksasjonsreaksjoner og bestemmelse av stabilitetskonstanter av kompleksoner(Hering og Morel 1990).

Pioneer-papirene fra Dyczy Hryvnski behandlet anvendelsen AV EDTA og DCTA til separasjon av mikrokvantiteter av sjeldne jordartselementer (Dybczyń 1964; W@dkiewicz og Dybczyń 1968). Non-monotonic affinity serien ble brukt Av Hubicka Og Hubicki (1992) for separasjon av utvalgte par sjeldne jord element komplekser MED NTA, HEDTA OG IMDA i makro-mikro-komponent system. Studiene av anvendelsen av slike kompleksdannende midler SOM EDTA, NTA og sitronsyre i tungmetallioner fjerning ble påbegynt Av Bolto, Dudziń, Clifford eller Juang (Dudzinska og Clifford 1991/1992; Juang og Shiau 1998). Forfatterne viste overlegenhet av polyakrylatanionbyttere over polystyren. Videre beviser verkene Til Juang og medarbeidere at Cu (II) fjerning er mulig i nærvær AV EDTA og formaldehyd (Juang et al. 2005). I tillegg, i et papir (Juang et al. 2003) ved fjerning Av Co (II), Ni(II), mn(II) og SR (II) ioner fra oppløsningene som inneholder EDTA, NTA og sitronsyre, ble det vist at prosessen påvirkes ikke bare av pH-løsninger, men også av typen kompleksdannende middel og det molare kompleksdannende middel-metallionforhold. Derfor ble polyakrylanionbyttere også brukt til fjerning Av Cu (II) MED IDA, NTA OG EDTA (Hubicki And Jakowicz 2003; Juang et al. 2006).

i dette papiret presenteres optimalisering av fjerning Av Cu(II), Zn(II), Cd(II) og Pb(II) fra vann og avløpsvann ved hjelp av ionbyttermetoden og muligheten for å bruke en ny generasjon bionedbrytbare kompleksdannende midler. For denne studien ble kompleksdannende midler IDS, EDDS og GLDA valgt. Som anionbyttere Ble Lewatit MonoPlus m 800 og Ionac SR7 valgt. Det skal også nevnes at disse forbindelsene ikke er velkjente, og den eksisterende litteraturen om emnet ikke er systematisk og er vanligvis knyttet til spesifikke behov. Derfor er slike undersøkelser av stor betydning.