Химия и химическая технология/7. Неорганическая химия

Цветкова А.Д., Акаев О.П.

Костромской государственный университет имени Н.А.Некрасов, Россия

Изучение чистящих композиций, содержащих кремнегель

(побочный продукт производства фторида алюминия)

Производство фторида алюминия на основе гексафторкремниевой кислоты, осуществляется по реакции:

2Al(OH)₃ + H₂SiF₆ = 2AlF₃ + SiO₂ ∙ 2H₂O + 2H₂O

Кремнегель содержит в своем составе ~80 % SiO₂ (в пересчете на сухое вещество) [1] и сопутствующие компоненты AlF₃, Al(OH)₃, H₂SiF₆ в количествах, не превышающих 6,0 %.

Общее количество кремнегеля при производстве фторидов оценивают ≈ 40 тыс. т/год. Большая часть получаемых кремнийсодержащих отходов сбрасывается в отвалы на открытом воздухе. Подобное нерациональное складирование отходов занимает полезные земельные территории и наносит вред окружающей среде. В связи с этим поиск направлений утилизации кремнегеля (побочного продукта производства AlF₃) является весьма актуальным.

В настоящее время запатентован ряд моющих композиций, содержащих в своем составе диоксид кремния [2 – 6].

Цель данной работы заключается в исследовании свойств чистящих композиций с использованием кремнегеля.

Экспериментальная часть

Методика проведения модифицирования кремнегеля

Модифицирование сорбента проводят путем обработки его поверхности одноосновной предельной карбоновой кислотой (пальмитиновой СН₃–(СН₂)₁₄–СООН) и четырехатомными оксикислотами (двухосновной винной НООС–СНОН–СНОН–СООН и трехосновной лимонной НООС–СН₂–С(ОН)(СООН)–СН₂–СООН ). Содержание модификатора составляет 15 % от общей массы адсорбента. Модифицирование проводят в фарфорой ступке, тщательно растирая при помощи пестика в течение 20 минут.

Методика искусственного загрязнения пластин

На предварительно очищенные модельные металлические пластины равномерно по всей поверхности наносят одинаковым слоем и массой (~ 1 г) загрязнитель следующего состава, вес.%: машинное масло 46, олеиновая кислота 30, парафин 24. Пластины имеют одинаковый размер.

Методика приготовления чистящей пасты

1 вариант. К 50 г кремнегеля добавляют 50 мл 1% раствора ДТС – ГК, тщательно перемешивают.

2 вариант. К 85 г кремнегеля, модифицированного выбранными кислотами, добавляют 13 мл 1% раствора ДТС – ГК. Тщательно перемешивают.

Методика проведения эксперимента

1 вариант. Загрязненные пластины помещают в стаканы с 1% раствором ДТС – ГК. Выдерживают различные интервалы времени (от 5 до 30 мин). Затем пластины извлекают, промывают под одинаковой струей дистиллированной воды, высушивают при комнатной температуре, взвешивают и определяют моющую способность пасты (в %).

Моющую способность рассчитывают по формуле:

w = 100%

где: w – моющая способность, %; - масса отмытого загрязнителя, г; - масса исходного загрязнителя, г.

2 вариант. На загрязненные пластины наносят испытуемые чистящие пасты. Выдерживают различные интервалы времени (от 5 до 30 мин). Затем пластины извлекают, промывают под одинаковой струей дистиллированной воды, высушивают при комнатной температуре, взвешивают и определяют моющую способность пасты (в %).

Результаты и их обсуждение

В качестве базовой моющей композиции использован раствор ДТС-ГК – дветретиосновной соли гипохлорита кальция Са(ОСl)₂∙2Cа(ОH)₂. Концентрированный раствор и паста ДТС-ГК вызывают коррозию металлов, обесцвечивают ткани, а также раздражают кожу человека, способствуя развитию различные дерматитов. Раствор ДТС-ГК небольшой концентрации обладает низкой моющей способностью.

Анализ экспериментальных данных показал, что введение в 1%-ный раствор ДТС-ГК кремнегеля, модифицированного органическими кислотами, значительно повышает моющую способность чистящей композиции. Результаты экспериментов представлены на рисунке 1.

Рис.1 Изменение моющей способности пасты от ее состава

1 – кремнегель, модифицированный лимонной кислотой, и 1% ДТС – ГК; 2 – кремнегель, модифицированный винной кислотой, и 1% ДТС – ГК; 3 – кремнегель, модифицированный пальмитиновой кислотой, и 1% ДТС – ГК;

4 – исходный кремнегель и 1% ДТС – ГК; 5 – 1% раствор ДТС – ГК.

Установлено, что введение исходного кремнегеля в состав базовой композиции увеличивает ее моющую способность в 2,5 раза. Модифицирование диоксида кремния оксикислотами способствует более значительному повышению моющих свойств пасты. При добавлении в композицию кремнегеля, обработанного винной кислотой, моющая способность возросла в 2,8 раза, а использование в качестве модификатора лимонной кислотой повышает моющую способность в 3,8 раз.

Изменение моющей способности композиций, в своем составе содержащих модифицированный кремнегель, связано со свойствами кислот-модификаторов. Диссоциируя, кислоты образуют протоны водорода Н⁺. На поверхности кремнегеля образуется слой протонов водорода Н⁺ за счет, которых уменьшается отрицательный заряд поверхности, в результате увеличивается дисперсионное взаимодействие кремнегеля и загрязнителя. За счет единственной карбоксильной группы одноосновная пальмитиновая кислота присоединяется к поверхности кремнегеля, поэтому введение в чистящую композицию диоксида кремния, обработанного пальмитиновой кислотой, не приводит к увеличению моющей способности. Вероятно, в модифицировании участвует только одна карбоксильная группа кислоты, поэтому моющая способность пасты, содержащей кремнегель, обработанный трехосновной лимонной кислотой, больше, чем у композиции с кремнегелем, модифицированным двухосновной винной кислотой.

Заключение

Проведенные исследования показали, что введение диоксида кремния в базовую композицию, представляющую разбавленный раствор ДТС-ГК, существенно повышает ее моющую способность, сохраняя при этом целостность обрабатываемой поверхности. Модифицирование диоксида кремния органическими оксикислотами многократно увеличивает моющую способность исследуемой композиции, наилучший эффект достигнут при использовании в качестве модификатора лимонной кислоты.

Литература

1. Мурашкевич А.Н., Жарский И.М. Кремнийсодержащие продукты комплексной переработки фосфатного сырья. – Минск: БГТУ, 2002. – 389 с.

2. Моющее средство в виде таблеток, содержащее активатор отбеливания со специфичным размером частиц // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика – 2003. – № 3.

3. Применение частиц производных аустонитрила в качестве активаторов отбеливания в твердых моющих средствах // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика – 2003. – № 11.

4. Суспензионноэмульсионная система для введения активных ингредиентов // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика – 2003. – № 3.

5. Hokkirigawa Kazuo, Akiyama Motoharu, Yoshimura Noriyuki. Полирующий моющий состав для загрязненной поверхности // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика – 2003. – № 12.

6. Hokkirigawa Kazuo, Akiyama Motoharu, Yoshimura Noriyuki. Жидкое чистящее средство // Реферативный журнал. Технология производства продуктов бытовой химии. Парфюмерия и косметика – 2003. – № 13.