Исследование поверхностного натяжения растворов ТХУ

2.2.2 Исследование поверхностного натяжения растворов ТХУ

Поверхностное натяжение растворов ТХУ определяли методом стологмометрии (истечения жидкости через капилляр; d=0,54мм.) .

Рассматривались системы в дистиллированной и природной воде Симферопольского водохранилища с различными концентрациями ТХУ. Расчёт поверхностного натяжения проводили по формуле[17]:

s(ТХУ_{раствор})=s(Н2О)* n(Н₂О)/ n(ТХУ),

где s(ТХУ_{раствор}) – поверхностное натяжение раствора ТХУ,

s(Н₂О) – поверхностное натяжение воды,

n(ТХУ) – число капель раствора ТХУ,

n(Н₂О) – число капель воды.

Для расчёта поверхностного натяжения ТХУ природной воде необходимо знать s (Н₂О_прир.), её находим по формуле:

s(Н₂О_прир.)=s(Н₂О)* n(Н₂О)/ n(Н₂О_прир.)

и затем рассчитываем:

s(ТХУ)=s(Н₂О_прир.)* n(H₂О) /n(ТХУ_прир.).

2.2.3 Распределение ТХУ в объёме модельных систем

На первом этапе было изучено накопление ТХУ в водных средах, с учетом её поверхностно активных свойств, и распределение ее в объеме исследуемых систем, содержащих дистиллированную воду и воду Симферопольского водохранилища, а затем оценено влияние сорбционных процессов на распределение ТХУ в данных системах. Концентрацию трихлоруксусной кислоты (ТХУ) в модельных системах определяли потенциометрическим титрованием едким натром. Распределение ТХУ в объёме наблюдалось в двух модельных системах:

1.  Раствор ТХУ в дистиллированной воде.

2.  Раствор ТХУ в воде симферопольского водохранилища.

3.  Раствор ТХУ в дистиллированной воде в присутствии бентонита.

Был использован сосуд ёмкостью 10л. В модельной системе (3) он был заполнен раствором ТХУ в дистиллированной воде, и на дне которого был помещён бентонит. Аликвоты для титрования брались пипеткой со дна, из объёма и поверхности системы в обоих случаях. Рассчитали концентрации в придонной части, в объёме и на поверхности системы.

3.  Обсуждение результатов.

Данные, полученные при изучении адсорбции ТХУ на бентоните представленны на рисунке 1.

Рис.1.Кинетика адсорбции ТХУ (моль/г.) на монтмориллоните.

Как видно из рисунка, количество адсорбированного вещества пропорционально времени экспозиции, а после 3,5 часов зависимость приобретает экспоненциальный характер, что говорит о процессах насыщения поверхности.

Анализируя построенные графики можно рассчитать величину предельной адсорбции (Г_{предельная}) в ленгмюровских координатах ([С], [С]/Г):

Для данного случая уравнение Лэнгмюра имеет вид:

Г=7,12·10^-4

Очевидно, достаточно высокая адсорбционная емкость бентонита (около 50% от исходного содержания) по отношению к ТХУ в системе, будет обуславливать ее концентрирование в придонной части исследуемых гетерогенных водных систем.

Результаты изучения поверхностной активности трихлоруксусной кислоты в различных водных системах представленны на рисунке 2.

Рис.2 Зависимость поверхностного натяжения растворов трихлоруксусной кислоты от концентрации.

Из рисунка 2 следует, что в растворах с дистиллированной водой ТХУ не проявляет поверхностную активность, тогда как поверхностное натяжение природной воды в присутствии данного компонента незначительно изменяется обратно пропорционально увеличению концентрации растворов.

Возможно, одной из причин проявления поверхностной активности ТХУ в природной воде является повышенная по сравнению с дистиллатом минерализация природной воды. В условиях повышенной минерализации рост ионной силы раствора ведет к повышению степени диссоциации ТХУ. Образующиеся при этом достаточно подвижные трихлорацетат анионы степень гидратации, которых невелика, могут участвовать в формировании двойного электрического слоя на границе раздела жидкость / газ по Олти [18]. При этом концентрирование данных анионов на поверхности ведет к понижению поверхностного натяжения раствора.

Таким образом, поверхностная активность ТХУ в природной воде является одним из факторов, влияющих на распределение кислоты в изучаемой системе.

В результате изучения распределения ТХУ в объеме были полученны данные, представленные в таблицах 2,3.

Таблица 2. Распределение ТХУ в объеме модельных систем (t-1,5 ч.)

Результаты эксперимента, приведённые в таблице 2, говорят о том, что ТХУ концентрируется в основном в объёме дистиллированной воды. Однако при переходе к системе, содержащей природную воду, концентрация ТХУ у поверхности начинает возрастать, что, по-видимому, связано с изменением возрастанием поверхностной активности ТХУ в условиях повышенной минерализации.

В то же время, в гетерогенных модельных системах с бентонитом наблюдается выравнивание концентраций ТХУ у поверхности и в объеме, а также концентрирование кислоты у границы раствор/бентонит, что связано с адсорбционной активностью бентонита по отношению к ТХУ.

Изучение кинетики адсорбции ТХУ на бентоните показало, что тенденции к насыщению поверхности адсорбента наблюдается после трех часов экспозиции. В связи с этим представлял интерес изучение кинетики распределения ТХУ в объеме гетерогенной модельной системы с дистиллированной водой, полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3. Кинетика распределения ТХУ в модельной системе с бентонитом

Из данных, приведенных в таблице, следует, что в течение первых двух часов идет концентрирование кислоты в придонной части системы, вследстви одновременного протекания диффузионных и адсорбционных процессов. Однако при больших временах экспозиции наблюдается постепенное уменьшение концентрации кислоты из-за преобладания сорбции в придонном слое (t=72 ч., t=120 ч.), а затем выравнивание концентраций в объеме и на поверхности, обусловленное диффузионными процессами (t=120 ч.).

Выводы

1.  Обнаружено влияние повышения уровня минерализации природной воды на степень диссоциации трихлоруксусной кислоты и ее поверхностноактивные свойства.

2.  Повышение поверхностной активности трихлоруксусной кислоты в природных водах связаны с формированием двойного електрического слоя на границе жидкость/газ по Олти.

3.  Адсорбционные процессы в системах с монтмориллонитом снижают концентрацию трихлоруксусной кислоты и влияют на её перераспределение в объёме за счёт нивелирования градиента концентрации.

Список использованной литературы

1.  Химические основы экологического мониторинга / В.В. Кузнецов.// Соросовский образовательный журнал.-1999.-№1.-С.35-40.

2.  Мониторинг качества питьевой воды/А.А Мильнер, Г.Д. Резников. //Химия и технология воды-1996, т.18, №1, с. 83-87.

3.  Формирование и контроль качества поверхностных вод. Вып. 3 Охрана вод от воздействия удобрений и ядохимикатов, 1976г. с.139

4.  Врочинский К.К. Пути поступления и содержание пестицидов в воде водоисточников/Гидробиологический журнал, 1976, т.12, №5, с.93-101.

5.  Брагинский Л.П. Персистентные пестициды в экологии пресных вод./А.П. Брагинский, Ф.Я. Комаровский, Л.И. Мережковский, Киев:1979г-141с.

6.  Скурлатов Ю.И. Дука Г.Г. Химия и жизнь воды.- Кишенёв:1989-124с.

7.  Экология города./Под ред. Стольберга Ф.В.,Киев: 2000г.-320с.

8.  Лейте Вольфганг. Определение органических загрязнителей питьевых природных и сточных вод. М., Химия, 1981г.с.157-169.

9.  Методы анализа пестицидов./Ю.С. Ляшков, Москва: 1972г.-159с.

10.  Сиренко Л.А., Гавриленко М.Я. "Цветение" воды и евтрофирование. Киев: Наукова думка. 1978г.-231c.

11.  Исследование биологического действия антропогенных факторов, загрязняющих водоемы/О.М. Кожова, Иркутск:ИГУ,1979-184с.

12.  Роль микроелементов в жизни водоёмов ( сборник статей )/АН СССР, Всесоюзное гидробиологическое общество, (отв. Ред. Воробьёв) М:Наука, 1980г.-143с.

13.  Лурье Ю. Ю., Рыбников А. И. Химический анализ производственных сточных вод. М., Химия,1974 г.-273с.

14.  Тарасевич Ю. И. Природные сорбенты в процессах очистки воды.–Киев: Наука, 1981 г.-268с.

15.  Тарасевич Ю. И., Овчаренко Ф. Д. Адсорбция на глинистых минералах. –К.: Наукова думка, 1975 г.-235с.

16.  Основы аналитической химии./Ю.А.Золотова,т.2. М.:Высшая школа, 2002г.-494с.

17.  Фролов К. И. Коллоидная химия. М.: Наука, 1976 г.-289с.

18.  Alty T.Proc.Rog.Soc.Lond.Ser.A,V.106, 1934.-316p.

19.  Бейерман, Клаус. Определение следовых количеств органических веществ: с англ. А. А. Кирюшкина. М.:Мир, 1987г.-462 с.

20.  Мельников Н.Н. Пестициды. Химия, технология и применение. М: 1987г.-525c.