Изучение дубящих свойств экологически безвредных алюмохромциркониевых гетерополиядерных комплексных соединений Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Раздел 4 ЭКОЛОГИЯ

Ведущие эксперты раздела:

ДМИТРИЙ МИХАЙЛОВИЧ БЕЗМАТЕРНЫХ - кандидат биологических наук, доцент, ученый секретарь Учреждения Российской академии наук Института водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН, ответственный за электронную версию журнала и работу с Российским индексом научного цитирования -http://elibrary.ru/ (г. Барнаул)

АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ ШИТОВ - кандидат геолого-минералогических наук, доцент Горно-Алтайского государственного университета (г. Горно-Алтайск)

УДК 675.024: 577.4

З.Е. Бимурзаева, канд. техн. наук, доц. ТарГУ, г. Тараз, Казахстан, E-mail: Sur_А@mail.ru; Ю.И. Винокуров, д-р. географ. наук, проф., директор ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail: iwep@iwep.asu.ru; М. Сахы, д-р. техн. наук, проф., директор института «Техники и информационных технологий» ТарГУ им. МХ. Дулати, г. Тараз, E-mail: Sur_А@mail.ru

ИЗУЧЕНИЕ ДУБЯЩИХ СВОЙСТВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗВРЕДНЫХ АЛЮМОХРОМЦИРКОНИЕВЫХ ГЕТЕРОПОЛИЯДЕРНЫХ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Исследованы дубящие свойства аллюмохромциркониевых комплексов. Установлено, что они обладают высокой дубящей способностью. Ключевые слова: аллюмохромциркониевые комплексы, экология, кожевенное производство, технологии дубления кож.

Условия формирования рыночных отношений и обострившаяся экологическая ситуация предъявили к кожевенным предприятиям ряд требований: повышение конкурентоспособности за счет улучшения качества выпускаемой продукции и расширения ее ассортимента и одновременное обеспечение принципа малоотходных производств с использованием химических материалов, являющихся экологически безвредными [1].

Наибольшее применение в процессе дубления при производстве кожи нашли соединения трехвалентного хрома, которым наряду со многими положительными качествами присущ и ряд отрицательных. Так, хромовые дубящие соединения, обладая токсичными свойствами, оказывают пагубное влияние на кожу и слизистые оболочки людей, занятых на производстве, в результате чего среди работников кожевенной промышленности наблюдается повышенная заболеваемость раком дыхательных путей. Слив отработанных растворов после хромового дубления ведет к сильному загрязнению природных водоемов, подземных вод и почвы (превышение до 5 ПДК по Сг2О3), делая их непригодными для использования в нуждах сельского и коммунального хозяйств [2].

Одним из источников загрязнения природных водоемов соединениями хрома (III) являются сточные воды предприятий легкой промышленности (кожевенных и меховых производств), содержащие до 10 г/дм3 хрома в пересчете на Сг2О3. Основной объем соединений хрома поступает в сточные воды с отработанными растворами после процесса дубления, в котором он имеет в настоящее время важнейшие значение [3]. Совершенствование технологий хромового дубления наряду с целью обеспечения максимальной экологической чистоты процесса традиционно должно быть направлено на улучшения качество и снижение себестоимости готовой продукций [4].

Все хроматы и бихроматы токсичны для человека и животных [5]. За счет поступления в организм их больших количеств в течение короткого времени может развиться острое отравление, а при хроническом воздействии малых доз в течение продолжительного времени симптомы могут проявиться через несколько десятилетий [6]. Так, хромовые ки-

слоты, хроматы и бихроматы раздражают и жгут слизистые оболочки и кожу, вызывая изъявления. Вдыхание аэрозолей этих соединений приводит к прободению хрящевой части носовой перегородки [7]. Конечным действием хромовых соединений является возникновение бронхиального рака [8].

Наиболее рациональным технологическим решением, позволяющим наряду с улучшением качества полуфабриката и готовой кожи снизить остроту экологической ситуации в кожевенном производстве, является использование в качестве дубителей гетерополиядерных комплексов, в состав которых помимо хрома (III) входят алюминий, титан (IV), цирконий (IV) и железо (III) [9-10]. При исследовании методами классической химии были выделены в твердом виде и идентифицированы гетерополиядерные алюмохромциркониевые комплексы. Изучены закономерности их образования, состав, некоторые физико-химические свойства и строение.

Изучение поведения этих комплексов минеральных дубителей в процессе дубления и свойств выдубленного ими полуфабриката готовой кожи показали, что в комплексных минеральных дубителях (КМД) в той или иной степени сохраняются положительные качества, подавляются отрицательные свойства его исходных компонентов. Нами изучены дубящие способности, а так же свойства кож, выдубленных алюмохромциркониевыми комплексами:

Л12(804)3 ■ 2Сг2(Я04)3 ■ 2гг(Я04) ■ 46Н20 (АХЦК-1)

Л12(804)з ■ СГ2(Я04)3 ■ гГ(Я04)2 ■ 24Н2О (АХЦК-2)

Обьективность оценки кожевенно-технологических свойств гетерополиядерных комплексов обеспечивалось постановкой адекватных экспериментов с применением для дубления сравнимых образцов голья, классического хромового дубителя и ранее изученных двухкомпонентных гетерополия-дерных дубителей на основе соединений алюминия, хрома (III), циркония и железа (III).

В лабораторных условиях для проведения эксперимента по изучению дубящей способности алюмохромциркониевого комплекса, образцы голья из шкур крупно рогатого скота (яловка средняя) отобранные по методу ассиметрической бахромы [11] делили на пять партий. Выбор голья из шкурки яловы был сделан с учетом особенностей строение данного вида кожевенного сырья (отличается рыхлостью и неравномерностью строения по топографическим участкам) и ожи-

даемой высокой наполняющей способностью гетерополия-дерных комплексов.

После определения веса голья в каждой партий с нивелировкой до 100 г проведено клеймение соответствующим номером. Для обеспечения одинаковых условий подготовки к процессу дубления все пять партий подвергались к процессу обеззоливания и мягчения в одной емкости аппарата для взбалтывания. Промывку голья проводили при ж.к.=2 и температуре ванны (начальная) 25оС, а к концу промывки доводили до 36оС. Продолжительность промывки 60 минут. Обез-золивание проводили при ж.к.=1,5 и температуре заливаемой воды 38оС. Расход сульфат аммония составил 3,0 %. Продолжительность процесса 60 минут. Мягчение проводили в той же ванне протосубтилином Г-3Х (0,2 %). Продолжительность процесса 90 минут.

По окончании процесса мягчения, который определяли органолептическим методом, голье промывали при ж.к.=2,0 и температуре воды в начальный период 30оС со снижением к концу процесса до 20оС. В конце промывки содержание щелочи в промывной воде составило 0,016 г/л в пересчете на гидрооксид натрия. Промытое голье делили на пять партий согласно клейменного номера и дальнейшую обработку каждой партий проводили в отдельной емкости аппарата для взбалтывания. Процесс спикелевания как завершающую подготовку голья к дублению проводили по одинаковой методике (при ж.к.=0,7, расходе хлорида натрия 6 %, серной кислоты -1,2 %). Продолжительность процесса 7 часов.

Дубление как опытных так и контрольных партий образцов голья проводили при ж.к.=0,7 и температуре ванны 22оС, с расходом дубителей 2,5 %. Расход вещества определяли в пересчете на оксид метала или на сумму оксидов металлов в случае гетерополиядерных комплексов, что позволяет оценить дубящую способность каждого комплекса в сравнений как с классическим хромовым дубителем, так и ранее полученными и изученными КМД.

Первую контрольную партию образцов голья дубили хромовым дубителем состава 3А10НБ04 • 7г(0Н)2Б04 • 18Н20, третью, а также контрольную - комплексным хромоциркониевым дубителем состава 2Сг0НБ04 • 7г(0Н)2Б04 • 14Н20, четвертую и пятую опытные партии - гетерополеядерными алюмохромциркониевые комплексами:

А12(Б04)3 • 2Сг2(Б04)2 • 46Н20 (АХЦК-1) и

А12(Б04)3 • Сг2(Б04)3 • 7г(Б04)2 • 24Н20 (АХЦК-2). Продолжительность процесса 8 часов.

В процессе дубления через каждые 2 часа фиксировали температуру сваривания полуфабриката, определяя его на приборе конструкции Федорова, при соблюдении скорости нагревания жидкости, согласно ВЭМ, т.е. не более 5оС в одну минуту. Через 4 часа от начала процесса дубления проверяли срез толстого участка полуфабриката на «прокрас». Убедившись полноте «прокраса», в дубильный раствор добавляли карбонат натрия в несколько приёмов через каждые 20 минут до достижения рН кожи 3,6^3,8. Расход карбоната натрия составил 0,3^0,4% от веса голья. Через 8 часов от начала дубления по достижении необходимого рН полуфабриката определяли температуру сваривания полуфабрикатов всех партий данной серии экспериментов. Полученные данные по кинетике дубления представлены на рисунке.

Из рисунка видно, что кожи, выдубленные комплексным алюмоциркониевым дубителем (АЦД) имеют самую низкую температуру сваривания (93оС - среднее значение из трех образцов). При дублении хромциркониевым дубителем (ХЦД) температура сваривания кож, имеют более высокую температуру сваривания (106оС). Кожи, выдубленные хромовым дубителем, имеют самую высокую температуру сваривания (в среднем 112оС). Температуры сваривания кож, опытных образцов соответственно составили АХЦК-2 - 98оС и АХЦК-1 -103оС.

Соединения хрома по дубящей способности намного превосходят сульфатоцирконат натрия и тем более сульфат

алюминия. Также известно, что дубящая способность комплексных минеральных дубителей любого состава из этих элементов всегда превышает таковой показатель сульфата алюминия и в зависимости от соотношения, т. е. если превалирует доля хромовых соединений, то превышает и показатель дубящей способности соединении циркония. Аналогичный анализ с учетом вкладов исходных компонентов позволяет по полученным данным, сделать заключение, что степень гете-рополиядерного комплексообразования вносит существенный вклад в повышение дубящей способности полученных комплексов, что достаточно наглядно видно по величине температур сваривания кож выдубленных гетерополиядерными комплексами АХЦК-1 и АХЦК-2.

Поглощение АЦД и ХЦД из раствора идет несколько медленнее, чем из раствора АХЦК-1 и АХЦК-2. Причина этого, очевидно, заключается в меньшей полуфункциональности двухкомпонентных комплексных дубителей, как АЦД и ХЦД. В ходе поглощения из раствора алюмохромциркониевых комплексов «алюминий-хром-цирконий» остается стабильным, и это указывает на то, что гетерополиядерные алю-мохромциркониевые комплексы в ходе дубления не разрушаются.

Значение рН раствора повышается постепенно и в конце дубления достигает в от 3,8 (АХЦК-1) до 3,6 (АХЦК-2). Ввиду достаточной устойчивости комплексов образование осадков не происходит. Постепенное повышение рН раствора указывает на то, что в ходе дубления не происходит гидролиза, характерного для сульфата циркония.

Таким образом, сравнительное изучение дубящего действия алюмохромциркониевых комплексов полностью подтвердило, что они обладают высокой дубящей способностью.

110

100

„ 90

о

я

о.

Й 80 .

<и

с

5

<и

70

60

50

N Г

>*" ’ . Л ^ *

/А (у'.'/ ІУ' Г ,< / # У

А // // > •/>' , -/ / * У

// / і // :/ /у > г / / Г

р'' :г

0 2 4 6 8

Время, час

— -1 - я- -2 —6—3 4 - - Ж- -5

Рис. Изменения температуры сваривания образцов полуфабриката от продолжительности дубления: ось ординат -температура (оС), ось абсцисс - время (час); обозначения кривых: дубление АЦД (1), ХЦД (2), хромовый дубитель (3), АХЦК-2 (4), АХЦК-1 (5).

Библиографический список

1. Мадиев, У.К. Минеральное дубление в производстве кож. - М.: Легпромиздат, 1987.

2. Rutland, F.H. Enviranmantal compatidility of chromiumcantainig tannery and other leather product wastes at land disposal sites // JALCA. - 1991. - V.

86. - № 10.

3. Голубева, С.К. Синтетические дубители в производстве различных видов кож: обзор. информ. - М.: ЦНИИТЕЭИИлегпром,1983.

4. Экснер, Р. Ускоренный метод дубления, его развитие и применение // Kozetarstvi. - 1980. - №3.

5. Хомченко, Г.П. Неорганическая химия / Г.П. Хомченко, И.К. Цитович. - М.: Высшая школа, 1987.

6. Воздействие на организм человека опасных и вредных экологических факторов. Метрологические аспекты. (Под ред. Исаева Л.К.). - М., 1997. - Т. 1.

7. Вредные вещества в промышленности. Ч.2. Неорганические элементоорганические соединения. - Л.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1954.

8. Экология и безопасность / под ред. Н.Г. Рыбальского. - М.: ВНИИПИ, 1993. - Т. 2. - Ч. 1.

9. Ставцев, Г.А. Дубление с использованием соединений железа: дис. канд. техн. наук. - Москва, 1989.

10. Трошина, М.А. Синтез и исследование трехкомпонентных титаносодержащих комплексных соединении и изучение их дубящих свойств: дис. канд. техн. наук. - Тараз, 2001.

11. Головтеева, А. А. Лабораторный практикум по технологии кожи и меха / А. А. Головтеева, Д. А. Куциди, Л. Б. Санкин - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

Статья поступила в редакцию 10.03.10

УДК 577.4:631.95

А.С. Сейтказиев, д-р. техн. наук., проф. ТарГУ им. М.Х. Дулати, г. Тараз, Казахстан, E-mail: allaura@mail.ru;

Ю.И. Винокуров, д-р. географ. наук, проф., директор ИВЭП СО РАН, г. Барнаул, E-mail:iwep@iwep.asu.ru;

А.И. Мусаев, канд. сельхоз. наук, доц. ТарГУ, г. Тараз, Казахстан; К. У. Айтекова, со-искатель ТарГУ, г. Тараз,

E-mail: allaura@mail.ru

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ЗАСОЛЕННЫХ ПОЧВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО УЛУЧШЕННИЮ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Рассмотрены разные варианты использования водных ресурсов Республики Казахстана при разной минерализации воды. Определены параметры и установлены технологии использования коллекторно-дренажных вод для полива разных древесных насаждений и сенокосных угодий.

Ключевые слова: экология, засоленные почвы, мелиорация, технологии использования коллекторно-дренажных вод.

В настоящие время установлена география распространения засоленных почв, изучены составы солей в зависимости от факторов почвообразования, геохимических и гидрологических условий, технологии режимов орошения. Разработаны ресурсосберегающие направления мелиорации засоленных почв: промывки, дренаж, глубокое рыхление, влияние сорбентов, химической и фитомелиорации земель. На современном этапе актуальность приобретают более экономичные технологии управления массопереносом, воды и солей на орошаемых почвах при мелиоративных и эксалуатационных режимах. Для решения этой проблемы целесообразна разработка комплекса физико-математических задач, которые дадут описание законов их движения и распределения в корнеобитаемом слое почвогрунтов, количественную оценку содержания солей в почве.

Водные мелиорации включают в производственный процесс такие важнейшие компоненты экосистемы, как почва, вода и растения, тесно связанные с потоками воды, энергии и веществ. Деградация почв, разрушение природных ландшафтов, снижение продуктивности мелиорируемых земель, истощение и загрязнение водных экосистем выдвигают экологические аспекты развития водных

мелиораций в ряд приоритетных .

На орошаемых землях источником загрязнения зачастую является вода, используемая для поливов из загрязненных водных объектов. В этой связи при развитии земледелия, необходимо форматировать экологически обоснованную

стратегию осуществления комплексных мелиораций,

состоящих из следующих основных принципов:

- оптимизация влагообеспечения сельскохозяйственных культур при максимальном использовании естественных влагозапасов и минимальных затратах оросительной воды;

- сохранение и воспроизводство плодородия почв;

- предотвращение и устранение существующего

загрязнения поверхностных и подземных вод отходами

производства;

- рациональное научно-обоснованное использование воды для мелиорации;

- обоснование новых технологий безотходных и малоотходных производств, предупреждающих нарушение экологического равновесия в природе.

Изучение почвенных процессов позволяет получить более полное представление о свойствах самой почвы. С одной стороны, ее свойства определяют собой почвенный процесс, с другой - почвенное процессы образуют новые свойства почвы.

Деятельность человека оказывает на окружающую среду мощное техногенное воздействие, в частности, происходит загрязнение почвы и воды отходами производств и жизнедеятельности, где значительную долю занимают органические загрязнители. В результате этого подавляется естественная биота, меняются соотношения между отдельным группами микроорганизмов и в целом изменяется

направление метаболизма, нарушаются естественные

процессы самоочищения, ухудшаются условия жизнеобитания людей.

Загрязнение почв и виде засоления происходит в основном вследствие антропогенной деятельности человека при неправильном ведении работ по улушению земель, агротехнических и мелиоративных мероприятий. Это происходит в результате игнорирования выполнения взамосвязанных процессов, регулирующих природное

равновесие, эволюцию почв, а также гидрогеологических, гидрохимических и геохимических взаимодействий при проведении эколого-мелиоративных работ. На основе данных по почвенно-экологическим условиям сероземно-луговых и темнокаштановых карбонатных почв, возникает необходимость регулирования водного режима корнеобитаемого слоя как главного фактора влаго- и солепереноса зоны аэрации почвогрунтов.

Для установления гидрохимических параметров и показателей регулирования водно-солевого, теплового и пищевого режимов почв были проведены специальные исследования на опытных участках [1-2] по определению величин промывных норм, показателей солеотдачи для 5-ти групп почв в Тасоткельском и Тентекском массивах орошения по механическому составу и фильтрационными способностям [2].

Установление способности почв удерживать доступную растениям воду зависит от определенных ее свойств. Любое дополнительное количества воды в виде осадков или орошение, подъема уровня грунтовых вод (УГВ),