Обеззараживание воды

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15832 (2022) Цитировать эту статью

Совместное загрязнение органических растворителей (например, толуола и тетрагидрофурана) и ионов металлов (например, Cu2+) часто встречается в промышленных сточных водах и на промышленных объектах. В этой рукописи описывается отделение ТГФ от воды в отсутствие ионов меди, а также обработка воды, одновременно загрязненной либо ТГФ и медью, либо толуолом и медью. Тетрагидрофуран (ТГФ) и вода свободно смешиваются в отсутствие лауриновой кислоты. Лауриновая кислота разделяет два растворителя, что продемонстрировано методами протонного ядерного магнитного резонанса (1H ЯМР) и инфракрасной спектроскопии с ослабленным полным отражением и преобразованием Фурье (ATR-FTIR). Чистота водной фазы, отделенной от смеси ТГФ:вода в соотношении 3:7 (по объему) с использованием 1 М лауриновой кислоты, составляет ≈87% по объему. Синхротронное малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР) показывает, что лауриновая кислота образует обратные мицеллы в ТГФ, которые набухают в присутствии воды (помещая воду внутри себя) и в конечном итоге приводят к двум свободным фазам: 1) богатой ТГФ и 2 ) богатый водой. Депротонированная лауриновая кислота (лаурат-ионы) также индуцирует миграцию ионов Cu2+ либо в ТГФ (после отделения от воды), либо в толуоле (несмешивающийся с водой), что позволяет удалить их из воды. Ионы лаурата и ионы меди, вероятно, взаимодействуют посредством физических взаимодействий (например, электростатических взаимодействий), а не химических связей, как показано с помощью ATR-FTIR. Опто-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС) демонстрирует удаление до 60% ионов Cu2+ из воды, загрязненной совместно CuSO4 или CuCl2 и толуолом. В то время как лауриновая кислота эмульгирует воду и толуол в отсутствие ионов меди, соли меди дестабилизируют эмульсии. Это полезно, поскольку позволяет избежать повторного захвата ионов меди в водную фазу вместе с толуолом после их миграции в толуольную фазу. Влияние ионов меди на стабильность эмульсии объясняется снижением межфазной активности и жесткостью при сжатии межфазных пленок, исследованных с помощью желоба Ленгмюра. При очистке сточных вод лауриновую кислоту (порошок) можно добавлять непосредственно в загрязненную воду. В контексте восстановления грунтовых вод лауриновую кислоту можно растворить в рапсовом масле, чтобы ее можно было вводить для очистки водоносных горизонтов, одновременно загрязненных органическими растворителями и Cu2+. В этом применении инъекционные фильтры, полученные путем введения катионной гидроксиэтилцеллюлозы (ГЭЦ+), будут препятствовать потоку толуола и ионов меди, распределенных в нем, защищая нижестоящие рецепторы. Сопутствующие загрязнители могут быть впоследствии извлечены перед фильтрами (с использованием насосных скважин), чтобы обеспечить их одновременное удаление из водоносных горизонтов.

Промышленная деятельность выбрасывает в грунтовые воды водорастворимые токсичные тяжелые металлы, включая свинец, хром, мышьяк, цинк, кадмий, ртуть и медь1,2. Медь используется в удобрениях и спреях пестицидов, строительных материалах, а также в сельскохозяйственных и муниципальных отходах, что приводит к высоким концентрациям меди в грунтовых водах1. Углеводороды также широко используются в промышленных процессах и являются одними из наиболее распространенных загрязнителей подземных вод3. ТГФ является загрязнителем грунтовых вод и промышленных сточных вод, поскольку он используется для производства промежуточных фармацевтических продуктов и пестицидов4,5. Тяжелые металлы, углеводороды и смешивающиеся с водой органические растворители (например, диоксан или ТГФ) часто присутствуют в качестве сопутствующих загрязнителей на промышленных объектах6,7,8,9,10,11.

Обработка тяжелых металлов включает электрокинетическую ремедиацию12,13,14,15,16, удаление с помощью наночастиц17 и промывку почвы добавками, которые способствуют солюбилизации и экстракции тяжелых металлов посредством откачки и обработки1. Насос и очистка извлекают загрязняющие вещества с помощью насосных скважин, очищают грунтовые воды ex situ и, наконец, повторно закачивают их после очистки18. Например, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) использовалась для восстановления меди в сочетании с насосом и обработкой19. В нашем предыдущем исследовании с той же целью использовался лауроиллактилат натрия (SLL)20. Эти подходы не позволяют одновременно удалять тяжелые металлы и сопутствующие загрязнители, такие как смешивающиеся растворители, примером которых является ТГФ.