Αφαίρεση Καολίνης από υδατικό εναιώρημα με χρήση πράσινου κροκιδωτικού συστήματος πολυ (βινυλική αλκοόλη)-Ακακία Nilotica Gum Blends

Σχεδόν έξι δισεκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο, κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες, αγωνίζονται καθημερινά για να λάβουν επαρκή ποσότητα μη επικίνδυνου νερού για οικιακές και γεωργικές χρήσεις. Οι υδατογενείς ασθένειες είναι η κύρια αιτία ανησυχίας στον αναπτυσσόμενο κόσμο, ειδικά μεταξύ των φτωχών ανθρώπων που ζουν σε ανθυγιεινές αγροτικές και παραγκουπόλεις περιοχές, όπου η παροχή καθαρού νερού δεν είναι επαρκής.

Ολόκληρος ο κόσμος βρίσκεται στο κατώφλι μιας κρίσης του νερού και η κατάσταση θα είναι τρομερή στο εγγύς μέλλον. Εν τω μεταξύ, οι πηγές γλυκού νερού εξαντλούνται επίσης πολύ γρήγορα. Σε αυτό το σενάριο, η επεξεργασία των λυμάτων οικιακής, γεωργικής και βιομηχανικής προέλευσης έχει μεγάλη σημασία για την αντιμετώπιση της κρίσης του νερού.

Η αντίστροφη όσμωση, ο καθαρισμός με υπεριώδη ακτινοβολία και η αργή διήθηση με άμμο είναι από τις δημοφιλείς τεχνικές που χρησιμοποιούνται στις μέρες μας. Το αργό φιλτράρισμα με άμμο απαιτεί μια μεγάλη περιοχή για να λειτουργήσει, κάτι που δεν είναι εφικτό παντού. Η αντίστροφη όσμωση είναι μια εξαιρετικά δημοφιλής τεχνική, που χρησιμοποιείται κυρίως για οικιακούς σκοπούς, χρησιμοποιώντας τέσσερα λίτρα λυμάτων για την παραγωγή ενός λίτρου καθαρού νερού. Αυτό δεν είναι αποδεκτό, καθώς ενισχύει μόνο το ζήτημα της έλλειψης νερού λόγω της υψηλής αναλογίας αποβλήτων. Επίσης, τα μη προνομιούχα άτομα από τις αγροτικές και τις παραγκουπόλεις περιοχές των αναπτυσσόμενων χωρών δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά αυτές τις τεχνικές λόγω του υψηλού λειτουργικού τους κόστους.

Η κροκίδωση είναι μια ασήμαντη αλλά πολύ εύκολη και οικονομικά αποδοτική διαδικασία για την απομάκρυνση ανεπιθύμητων σωματιδίων από τα λύματα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί με μικρής κλίμακας (οικιακή) ή μεγάλης κλίμακας (βιομηχανική) επεξεργασία νερού. Απαιτεί πολύ λίγο εξοπλισμό και η σπατάλη νερού είναι πολύ ελάχιστη. Το εναιώρημα καολίνη 3 wt% λαμβάνεται ως το πρότυπο λυμάτων για όλα τα πειράματα. Αυτό παρασκευάστηκε με διασπορά 3 g καολίνη σε 100 ml νερού βρύσης σε πωματισμένο βαθμονομημένο κύλινδρο ύψους 40 cm και εσωτερικής διαμέτρου 2 cm. Ο καολίνης σχηματίζει ένα εξαιρετικά σταθερό υδατικό εναιώρημα και οι καταναλωτικές βιομηχανίες (κεραμικά, τσιμέντο, βαφές, πληρωτικά χαρτιού, χρωστικές επικαλύψεις, πρόσθετα καουτσούκ και προέκταση για χρώματα και μελάνι με βάση το νερό, κ.λπ.) αντιμετωπίζουν ένα κρίσιμο πρόβλημα αφαίρεσης καολίνη από τα απόβλητα λύματα . Η υψηλή σταθερότητα του εναιωρήματος καολίνη οφείλεται στο αρνητικά φορτισμένο μικρό μέγεθος σωματιδίων και στο ανισότροπο σχήμα του.

Η αποτελεσματικότητα κροκίδωσης των κροκιδωτών εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το pH και η ιοντική ισχύς του μέσου εναιώρησης. συγκέντρωση, υδροδυναμικό μέγεθος, διαμόρφωση και λειτουργικές ομάδες του μορίου του κροκιδωτή. και το μέγεθος και την πυκνότητα των κροκίδων που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Προηγούμενες μελέτες δείχνουν ότι η πολυ (βινυλική αλκοόλη) (PVA) (M_n 14.000) και Acacia nilotica Τα εκχυλίσματα τσίχλας (NG) μπορούν να λειτουργήσουν ως αποτελεσματικό και βιοαποικοδομήσιμο κροκιδωτικό για την αφαίρεση καολίνης. Η απομάκρυνση του καολίνη συμβαίνει πολύ γρήγορα όταν το PVA χρησιμοποιείται ως κροκιδωτικό, αλλά η διαύγεια του υπερκείμενου νερού δεν είναι πολύ καλή.

Σε αυτήν την έρευνα, το NG αναμιγνύεται με PVA υψηλής υδρολυμένης ποιότητας σε διαφορετικές συνθέσεις για να παραχθούν πράσινα και αποτελεσματικά κροκιδωτικά για το διαχωρισμό των σωματιδίων καολίνη από το αιώρημα του. Η κροκίδωση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας την κλασσική μέθοδο δοκιμής jar. Ένα μείγμα 50:50 PVA και NG (PVA-NG₅₅ ) χρησιμοποιήθηκε σε διάφορες συγκεντρώσεις (9 -35 ppm) σε ουδέτερο ρΗ (7,0) για να προσδιοριστεί η καλύτερη δόση κροκιδωτή. Και τα δύο μόρια PVA και NG προσροφήθηκαν πάνω από τα σωματίδια καολίνη λόγω της ιξωδοελαστικής φύσης και της αλληλεπίδρασης με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των ομάδων –ΟΗ και –COOH των μακρομορίων και ομάδων Si-OH των σωματιδίων αργίλου. Επομένως, τα αιωρούμενα σωματίδια πλησιάζουν να συνενωθούν και να κατακάθονται υπό τη βαρύτητα.

Παρατηρήθηκε ότι 25 ppm είναι η βέλτιστη δόση κροκίδωσης λαμβάνοντας υπόψη τόσο τον ρυθμό καθίζησης όσο και τη θολότητα του υπερκειμένου (Πίνακας 1). Τα δυναμικά ζήτα και των κροκιδωτών και του εναιωρήματος καολίνης είναι αρνητικά, αλλά λόγω της φυσικής τάσης των μακρομορίων να προσροφούνται πάνω από τα στερεά σωματίδια, ο βαθμός προσρόφησης αυξάνεται με την αύξηση των συγκεντρώσεων των κροκιδωτών. Καθώς όλες οι λειτουργικές ομάδες ήταν πιθανό να βρίσκονται σε ιονισμένη μορφή, ο δεσμός υδρογόνου παίζει επίσης σημαντικό ρόλο. Αλλά μετά από 25 ppm, ο βαθμός προσρόφησης μειώθηκε λόγω της ισχυρής απωθητικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των κροκιδωτών και των κολλοειδών σωματιδίων και έτσι ο χρόνος καθίζησης αυξήθηκε ακόμη και μετά από μια αύξηση της δόσης του κροκιδωτικού.

Η βέλτιστη σύνθεση μίγματος προσδιορίζεται με τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιώντας διαφορετικές συνθέσεις μιγμάτων PVA-NG. PVA-NG₇₃ δείχνει το καλύτερο αποτέλεσμα μεταξύ των μειγμάτων. Εδώ, είναι σημαντικό να εξετάσουμε τις τιμές τόσο του μειωμένου ιξώδους όσο και του δυναμικού ζήτα. Το μειωμένο ιξώδες των μιγμάτων αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του PVA στα μίγματα. Το δυναμικό ζήτα μειώνεται σταδιακά με τη μείωση της συγκέντρωσης NG καθώς το δυναμικό ζήτα του καθαρού NG είναι -19,4 mV σε pH 7,0 και εκείνο του PVA είναι -0,095 mV. Έτσι, τόσο ο υψηλός υδροδυναμικός όγκος όσο και η χαμηλή τιμή δυναμικού ζήτα ενισχύουν τη διαδικασία καθίζησης σταδιακά από PVA-NG₅₅ στο PVA-NG₇₃ . Από εκεί και πέρα, αυτοί οι παράγοντες δεν μπορούν να εξηγήσουν το ποσοστό διακανονισμού. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι η ικανότητα σχηματισμού δεσμών υδρογόνου είναι μεγαλύτερη για τις ομάδες –COOH NG από τις ομάδες -ΟΗ της PVA.

Επίδραση του pH στην αποτελεσματικότητα κροκίδωσης του PVA-NG₇₃ διερευνήθηκε καθώς μπορεί να επηρεάσει άμεσα το δυναμικό ζήτα και το υδροδυναμικό μέγεθος. Η απόδοση μετρήθηκε στα επίπεδα ρΗ 1,0, 2,0, 4,0, 7,0, 9,0 και 10,0 του διαλύματος κροκιδωτή. Με προσθήκη 25 ml PVA-NG₇₃ με pH 1,0, 2,0, 4,0, 7,0, 9,0 και 10,0 στο εναιώρημα, το ρΗ του μέσου άλλαξε σε 1,6, 2,6, 4,6, 7,0, 8,4 και 9,4 αντίστοιχα. PVA-NG₇₃ δείχνει ένα καλύτερο αποτέλεσμα σε σύγκριση με ουδέτερες και βασικές περιοχές. Όμως, αντί για pH 1,6, PVA-NG₇₃ παράγει το καλύτερο αποτέλεσμα σε pH 2,6. Δυναμικά ζήτα του PVA-NG₇₃ σε pH 1,6 και 2,6 είναι +3,42 και +0,29 mV αντίστοιχα.

Αυτή η υψηλή τιμή δυναμικού ζήτα του PVA-NG₇₃ σε pH 1,6 μειώνει τον υδροδυναμικό όγκο καθώς η υψηλή δυναμική περιστρέφει το μόριο για να ελαχιστοποιηθεί λόγω της διαμοριακής απώθησης. Ως εκ τούτου, PVA-NG₇₃ δίνει το καλύτερο αποτέλεσμα σε pH 2,6.

Οι έρευνες πραγματοποιούνται επίσης παρουσία παρουσία NaCl, CaCl₂ και FeCl₃ . Όταν είτε CaCl₂ ή FeCl₃ προστέθηκε, τα ενυδατωμένα μεταλλικά ιόντα προσροφήθηκαν πάνω από την επιφάνεια του καολίνη και μείωσαν την πυκνότητα φορτίου διπλής στιβάδας κοντά στο μηδέν. Έτσι, το εναιώρημα είχε ήδη αποσταθεροποιηθεί πριν από την προσθήκη τυχόν κροκιδωτών. Όταν PVA-NG₇₃ προστέθηκε, σχημάτισε γέφυρες μεταξύ των ήδη αποσταθεροποιημένων σωματιδίων καολίνη και αυξάνει τον ρυθμό καθίζησης. Ωστόσο, αυτό συμβαίνει σε συγκέντρωση έως και 0,03 M. Μετά από συγκέντρωση 0,03 Μ, ο ρυθμός καθίζησης επιβραδύνεται λόγω στερεοχημικής σταθεροποίησης. Η αδράνεια του NaCl μπορεί να οφείλεται στη χαμηλή πυκνότητα φορτίου του Na.

Αυτή η μελέτη αποκάλυψε ότι το PVA-NG μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φθηνό, αποτελεσματικό και πράσινο κροκιδωτικό. 70:30 Το μείγμα PVA-NG δείχνει το καλύτερο αποτέλεσμα σε pH 2,6. Αυτή η αποτελεσματικότητα μπορεί επίσης να βελτιωθεί με την προσθήκη CaCl₂ ή FeCl_3.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Κροκίδωση υδατικού εναιωρήματος καολίνης με χρήση βιοαποικοδομήσιμου συστήματος κροκίδωσης από φύλλα (βινυλική αλκοόλη) - μίγματα τσίχλας Acacia nilotica, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Applied Clay Science. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Tanbir Nasim, Abhijit Pal και Abhijit Bandyopadhyay από το Πανεπιστήμιο της Καλκούτας.