РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБ’ЄКТІВ ДОСЛІДЖЕННЯ.
МЕТОДИКА І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Характеристика об’єктів дослідження
Об’єктами дослідження слугували розчини катіонних і аніонних ПАР:
а) бромідів і хлоридів алкілпіридинію (БАП і ХАП), а саме: бромідів і хлоридів
децил-, додецил-, тетрадецил-, гексадецил- і октадецилпіридинію (БДП, БДДП,
БТДП, БГДП, БОДП і ХДП, ХДДП, ХТДП, ХГДП, ХОДП), а також йодиду
гексадецилпіридинію (ЙГДП);
б) алкілсульфатів натрію (АСН), а саме: октил-, децил-, додецил-, тетрадецил-,
гексадецил- і октадецилсульфатів натрію (ОСН, ДСН, ДДСН, ТДСН, ГДСН і ОДСН);
в) алкілкарбоксилатів калію (АКК), а саме: ноніл-, ундецил-, тридецил- і
пентадецилкарбоксилатів калію (НКК, УДКК, ТДКК і ПДКК).
Розчини солей алкілпіридинію та алкілсульфатів натрію готували шляхом
розчинення у бідистильованій воді точних наважок відповідних хімічно чистих або
чистих препаратів, очистка яких проводилася за методиками [138, 139].
Розчини алкілкарбоксилатів калію одержували шляхом нейтралізації відповідної
жирної кислоти водним розчином лугу при нагріванні та наступним підлужуванням
розчину до рН 11,6 для запобігання гідролізу.
Солі алкілпіридинію загальної формули ( – вуглеводневий радикал нормальної
будови ; – галогенід йон) відносяться до ПАР катіонного типу. Вони
порошкоподібні, гігроскопічні, при певній температурі добре розчиняються у воді
та хлороформі, погано в бензолі і практично не розчиняються в діетиловому ефірі
[52]. Виявляють у порівнянні з солями алкіламонію більш основні властивості та
у широкому діапазоні значень рН знаходяться в йонній формі, піддаються
деструкції лише при рН > 9 [140, 141].
Алкілсульфати натрію (RnОSO3Na) та алкілкарбоксилати калію (RnCOOК)
– типові представники аніонних ПАР. Вони термічно стабільні, негігроскопічні,
легко піддаються біологічному розкладу. Як солі сильної органічної кислоти і
сильного неорганічного лугу алкілсульфати натрію стійкі до гідролізу в широкому
діапазоні значень рН середовища [4, 52]. Сполуки, до складу яких входить
сульфоефірна група, добре розчиняються у воді, менш чутливі до солей жорсткості
і краще піняться, ніж алкілкарбоксилати калію [4, 52]. На відміну від
карбоксильної групи сульфоефірна група не здатна до утворення водневих зв’язків
і характеризується більшою кислотністю.
В якості солюбілізату та екстрагенту солей гексадецилпіридинію використовували
хімічно інертні за звичайних умов речовини – декан (його розчинність у воді при
293 К складає 3,7Ч10-6 кг/м3; =1,413; 730 кг/м3; = –29,7 ) і відповідно
пентадекан (=1,432; 768 кг/м3; = 9,9 ) нормальної будови [142, 143].
2.2. Методика і методи дослідження
Флотаційну обробку розчинів солей алкілпіридинію здійснювали на установці,
основним елементом якої була скляна колонка висотою 0,14 м і діаметром 0,045 м
(рис. 2.1). Дном колонки й одночасно диспергатором повітря слугувала скляна
пориста пластинка (фільтр Шотта № 4). Повітря подавали через фільтр Шотта знизу
зі швидкістю – (3,3–8,3)Ч10-7 м3/с. Об’єм розчину солі алкілпіридинію, який
заливали у колонку, дорівнював 30 см3, тривалість флотації (за винятком
спеціально оговорених випадків) складала 600 с. У процесі флотації розчини
періодично аналізували на залишковий вміст у них солей алкілпіридинію
фотометричним методом при = 415 нм з використанням індикатора метилового
оранжевого [79].
Ефективність процесу флотації оцінювали за ступенем вилучення (a) солі
алкілпіридинію із розчину та ступенем переходу розчину (b) у піну
(2.1) (2.2)
де і С – концентрація солі алкілпіридинію у розчині; і V – об’єм розчину у
колонці, відповідно до та після флотації.
Рис. 2.1. Схема флотаційної установки:
1 – компресор; 2 – ресивер; 3 – манометр; 4 – маностат;
5 – склянки Тіщенко; 6 – реометр; 7 – флотаційна колонка.
Адсорбцію солей алкілпіридинію, алкілсульфатів і алкілкарбоксилатів на межі
розділу фаз розчин ПАР – повітря розраховували за допомогою рівняння Гіббса за
ізотермами поверхневого натягу. Значення поверхневого натягу розчинів ПАР брали
із довідника [52] або у разі їхньої відсутності визначали методом Вільгельмі
[144] (метод зважування пластинки), використовуючи платинову пластинку з
шорсткуватою поверхнею і розмірами 0,0200,020 м2 при температурі 293 К.
Величину вільної енергії Гіббса адсорбції солей алкілпіридинію, алкілсульфатів
і алкілкарбоксилатів на межі розділу фаз розчин ПАР – повітря () знаходили за
рівнянням Ленгмюра [145]:
, (2.3)
де Г – адсорбція; С – рівноважна концентрація ПАР в об’ємі розчину; d – товщина
поверхневого шару ПАР, яка в першому наближенні дорівнює 9Ч10-10 м.
Знайдені величини DGадс екстраполювали до нульової концентрації, тобто до
ідеального розчину та отримували значення .
Вивчення розчинності продуктів взаємодії броміду гексадецилпіридинію з
неорганічними осаджувачами проводили оптичним методом, а розчинність (ККМ)
алкілсульфатів алкілпіридинію визначали як оптичним методом [118], так і за
ізотермами поверхневого натягу.
Стандартну вільну енергію Гіббса міцелоутворення солей алкілпіридинію,
алкілсульфатів і алкілкарбоксилатів () визначали за рівнянням [5, 80, 146]:
. (2.4)
Для одержання статистично достовірних результатів дослідження повторювали 5–6
разів. Похибку результатів вимірювань або границі довірчого інтервалу
розраховували за допомогою рівнянь, які наведені в [147].
При коефіцієнті надійності 0,95 похибка результатів вимірювань ступеня
флотаційного вилучення ПАР не перевищувала 3–5 %, а результатів вимірювань
поверхневого натягу – (0,5) мДж/м2.
ІЧ-спектри індивідуального броміду гексадецилпіридинію і продукту його
взаємодії з г