Секція „Екологія”

Підсекція ”Радіаційна безпека і

соціально-екологічні проблеми”

Ковжога С.О., к.х.н., доцент; Писарєв А.В., к. військ. н., доцент;

Тузіков С.А., к.т.н., с.н.с.; Карманний Є.В., к.т.н., доцент;

Полєжаєв А.М., к.т.н., доцент

Національний університет „Юридична академія України

імені Ярослава Мудрого”, м. Харків, Україна

Аналіз ролі компонентів дезактивуючих розчинів

на основі поверхнево-активних речовин

Дезактивуючі розчини (ДР) на основі поверхнево-активних речовин (ПАР) широко застосовуються для дезактивації одягу, будівель, транспортних засобів, доріг з твердим покриттям та інших об’єктів. Про що свідчить досвід ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС [1].

До складу дезактивуючих розчинів, що мають миючу дію, входять так названі колоїдні ПАР, здатні надати розчинові колоїдно-хімічні властивості. Колоїдними називають такі ПАР, що здатні утворювати міцели – агрегати, що складаються з великого числа, іноді сотень молекул ПАР. Схематично поверхневі й об'ємні властивості розчинів колоїдних ПАР (іноді їх називають міцелярними) представлені на рис. 1.

Міцели можуть бути у виді пластин, а також утворювати сфери і мати інші форми. Всі ПАР адсорбуються на границі розділу фаз 2, (рис. 1), але не усі здатні утворювати міцели і відносяться до колоїдної ПАР. Органічні спирти, наприклад, у тому числі й етиловий, є ПАР, але не утворюють міцели. Застосовувані для дезактивації розчини моноетаноламіна показали низьку ефективність дезактивації. Дезактивуючі розчини на основі моноетаноламіна мають знижений в порівнянні з водою поверхневий натяг – вони добре змочують оброблювану поверхню, але цього виявилося недостатньо. Моноетаноламін не є колоїдним ПАР – звідси його слабка дезактивуюча здатність.

Рис. 1. Стан колоїдних ПАВ в розчині (1), в адсорбційному

поверхневому шарі (2) і у вигляді міцел (3)

Колоїдні ПАР мають довголанцюговий вуглеводневий радикал; число вуглеводних груп - - звичайно перевищує 8. Так, до числа колоїдних ПАР відноситься натрієва сіль сульфірованих спиртів – для дезактивації часто застосовують сульфонол, у якому .

Розчини колоїдних ПАР володіють ще одною важливою об'ємною властивістю, яка називається солюбілізацією (3, рис. 1). Солюбілізація або псевдо розчинення полягає в проникненні органічних забруднень у міцели й утримання їх у розчині. Солюбілізація, так само суспендування, емульгування і піноутворювання сприяє утриманню радіоактивних (РА) забруднень у ДР (особливо високодисперсних РА частинок), тобто проведенню другої стадії процесу дезактивації.

Міцели утворяться при визначеній концентрації ПАР в розчині, яка називається критичною концентрацією міцелоутворювання (ККМ). Для ДР застосовуються тільки колоїдні ПАР, а їхня концентрація не повинна бути нижче ККМ.

ККМ у свою чергу залежить від довжини вуглеводневого радикала; у відношенні згаданих сульфірованих спиртів ця залежність виглядає наступним чином:

Число вуглеводних радикалів 8 12 16 18

ККМ, ммоль/л 13,0 8,3 0,54 0,15

Ці дані приведені для рівним 8 і 12, при 25° С, а для рівним 16 і 18, при 50° С.

Незначна концентрація ПАР дозволяє використовувати водні розчини для дезактивації і надавати їм колоїдно-хімічні властивості. Причому, з ростом довжини вуглеводневого радикала ККМ різко знижується, звідси знижується витрата компонентів для одержання ДР, що має велике практичне значення.

Таким чином, дві властивості розчинів ПАР визначають їхню можливість використання в якості ДР. Одна з них – зниження поверхневого натягу, адсорбція на границі розділу фаз і змочування визначає першу стадію процесу дезактивації. Друга – комплекс колоїдно-хімічних властивостей, що надає розчинам здатність утримувати РА забруднення в розчині, запобігати вторинному забрудненню і забезпечувати видалення з поверхні, яка обробляється (рис. 1).

Другим компонентом ДР є комплексоутворюючі речовини, що зв'язують радіонукліди (РН), які знаходяться в ДР у виді іонів, і зміщають рівновагу вправо.

У якості комплексоутворюючих речовин до складу ДР входять хелатні з'єднання, до яких відноситься етилендіамінтетрауксусна кислота (ЕДТА) і її натрієва сіль. Утворення комплексних з'єднань відбувається за схемою [1]:

│ │

│ │

Наявність атома азоту і карбоксильних груп обумовлює утворення міцних комплексних з'єднань, що зв'язують РН в іонній формі.

Добавка ЕДТА в ДР підвищує ефективність дезактивації й у деяких випадках значно; наприклад, при дезактивації пранням коефіцієнт дезактивації (КД) після введення ЕДТА збільшується майже в 5 разів.

У ДР широко застосовують конденсовані фосфати або поліфосфати, що утворюють комплексні з'єднання з катіонами лужноземельних і важких металів. До числа цього класу комплексоутворювачів відносяться пірофосфат натрію , трифосфат натрію , тетрафосфат натрію і гексаметафосфат натрію (ГМФН) [2, 3]. ГМФН застосовують частіше інших; його одержують сплавкою однозаміщеної натрієвої солі ортофосфорної кислоти. У зв'язку з цим без достатньої підстави йому приписують умовну формулу , звідси і назва – гексаметафосфат натрію. Фактично ГМФН є високомолекулярним з'єднанням, аніони якого складаються з 34 – 38 груп Крім комплексоутворюючих властивостей конденсовані фосфати надають ДР додатково суспендуючі властивості, підсилюючи тим самим колоїдно-хімічні дії ПАР. Поліфосфати, які вводяться в ДР, як і ЕДТА, підвищують ефективність дезактивації при використанні ДР на основі ПАР. Цьому сприяє зв'язування солей жорсткості й активація миючого процесу.

Крім колоїдних ПАР і комплексоутворювачів у ДР входять деякі органічні і неорганічні добавки, що виконують роль активаторів миючого процесу.

Неорганічні електроліти регулюють рН-фактор ДР, знижують ККМ і тим самим витрату препарату, підвищують адсорбцію ПАР, поліпшують об'ємні колоїдно-хімічні властивості ДР. До числа застосовуваних у ДР електролітів відносяться сульфати, хлориди, фосфати і силікати. Крім того вводять у ДР деякі органічні сполуки як електроліти.

Електроліти, що звичайно вводяться, створюють лужне середовище, а компоненти ДР можуть виконувати різні функції. Так, конденсовані фосфати, є одночасно й активними електролітами і комплексоутворюючою речовиною.

Силікати натрію у водному розчині гідролізуються за схемою:

й утворять міцели, що сприяють миючому процесові і дезактивації.

До числа органічних добавок варто віднести карбоксиметилцелюлозу, що утворює колоїдний розчин, який сприяє утриманню в розчині РА забруднень.

Під час дезактивації на ЧАЕС роль компонентів ДР визначалася експериментально при забрудненні сталевих поверхонь протягом 15 хвилин, при дезактивації методом зрошення з нормою витрати 3 л/м² при одночасній обробці щіткою (швидкість обертання 60 об./хв.). Отримано наступні значення КД: водою – 2,5; 0,1 % - им розчином ГМФН – 8,7; 0,1 % - им розчином карбоксиметилцелюлози – 13,6; 0,1 % - ним розчином препарату СФ-2 – 13,7; розчином, що містіть сульфонол, ГФМН і карбоксиметилцелюлозу – 14,1. Останній розчин найбільш ефективний.

Таким чином, активні добавки підсилюють дезактивуючу здатність водних розчинів ПАР. Дезактивуючі розчини необхідно підбирати таким чином, щоб враховувати властивості матеріалів, які обробляються, особливо ретельно цієї вимоги варто дотримуватися при дезактивації одягу. Стосовно глибинних забруднень, ДР на основі ПАР недостатньо ефективні.

Література:

1. Зимон А.Д., Пикалов В.К. Дезактивация. - М.: ИздАТ, 1994. – 336 с.

2. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. - М.: Химия, 1974.

3. Зимон А.Д. Мир частиц – коллоидная химия для всех. - М.: Наука, 1988.