Мітіна Наталія Борисівна
Доцент, кандидат технічних наук,
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»,
Україна, м. Дніпро
Ковтун Антон Володимирович
магістр
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»,
Україна, м. Дніпро
Сметанін Микола Вікторович
магістр
ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет»,
Україна, м. Дніпро
Анотація: в роботі теоретично обґрунтовано вибір неіоногенних поверхнево-активних речовин (НПАР) „Неонол 9-12”, „ОС-20”, „ДС-10” для утворення повітряно-механічної піни за показниками: найбільша піноутворююча здатність; хімічна стійкість в жорсткій воді, швидке біологічне розкладання в стоках, не утворення токсичних аерозолів. Дослідження по визначенню піноутворюючих властивостей НПАР проведені на розробленій піногегераторній установці, яка працює по принципу спінювання розчину через сітку. Встановлено вплив водних концентрацій НПАР від 0,25 % до 15 % на піноутворюючу здатність, стійкість, кратність, змочуваність.
Ключові слова: ПАР, піноутворення, пригнічення пилу, кратність, стійкість.
Техногенна діяльність в коксохімічному, гірничому та будівельному виробництві супроводжується утворенням пилу, що погіршує стан навколишнього середовища, спричиняє ріст найбільш тяжких професіональних захворювань (пневмоконіози, антракози, хронічний бронхіт, кон’юнктивіт, екземи, дерматити) [1, 2]. У зв'язку з цим, вирішення питань зниження забруднення виробничого повітряного середовища, розробка і впровадження нових засобів забезпечення безпечних і здорових умов праці на підприємствах різних галузей промисловості, для яких характерний високий рівень запиленості повітря робочих зон, висувається в якості однієї з найбільш актуальних завдань в області охорони праці.
Одним з ефективних заходів пригнічення пилу є пінний спосіб. Переваги застосування піни порівняно з іншими способами гідрознепилення: в двічі менше, ніж при зрошенні, витрата води; незначне підвищення вологості атмосфери і поверхні, що пилить; висока ефективність знепилювання, особливо за рахунок придушення найбільш небезпечних для здоров'я людей дрібнодисперсних фракцій пилу; повітряно-механічна піна безпечна для людей, не викликає корозії металів, майже не електропровідна і дуже економічна [3, 4]. Основною перешкодою на шляху до широкого впровадження методу в ряді галузей промисловості є відсутність економічної і доступної піноутворюючої речовини. Тому пошук сучасних, найбільш ефективних поверхнево-активних речовин (ПАР) для пригнічення пилу є актуальним.
В роботі теоретично обґрунтовано вибір неіоногенних поверхнево-активних речовин „Неонол 9-12”, „ОС-20”, „ДС-10” за показниками: володіють піноутворюючою здатністю; мають хімічну стійкість в жорсткій воді та швидке біологічне розкладання в стоках, не впливають на мікрофлору, не утворюють токсичних аерозолів [5]. В лабораторних дослідженнях вивчалась здатність водних розчинів НПАР від 0,25 % до 15 % на піноутворюючу здатність, стійкість, кратність, змочуваність.
В ході експерименту визначено, що при низьких концентраціях водних розчинів (до 1 %) „ДС-10” утворює невелику кількість піни. При температурі повітря 14 – 16 °С приготовлені водні розчини 5 – 15 %. „ДС-10” мутніли та згущувались, це пояснюється тим, що при низьких температурах поліоксиетиленові ланцюги „ДС-10” приймають розгорнуту конформацію та зменшується критичний параметр упаковки НПАР, який тісно пов’язане з піноутворюючою здатністю. При підвищенні температури до 20 °С поліоксиетиленові ланцюги приймають більш компактну форму, що збільшує значення критичного параметру упаковки „ДС-10”. Отже, піноутворюючу здатність НПАР можна також варіювати шляхом зміни температури до запропонованого вище механізму, при температурах нижче точки помутніння. Проте, піноутворення контролюється критичним параметром упаковки системи „ДС-10”, так що максимальна піноутворююча здатність досягається при його проміжних значеннях, що потребує подальших досліджень. „Неонол 9-12” має піноутворюючу здатність в п’ять разів більше ніж „ОС-20” при концентрації водного розчину 15 %.
Розчини НПАР „ОС-20” та „ДС-10” утворювали високодисперсну піну. Середньократна піна „ОС-20” мала стійкість 15 хвилин для „ДС-10” – 11 хвилин. При утворенні піни розчинами „Неонол 9-12” формується велика кількість піни, але володіє середньою стійкістю 7,2 хвилини. При збільшені концентрації „Неонол 9-12” кількість піни зростає, але її стійкість майже не змінюється. Однак, „Неонол 9-12” можливо розглядати для пилоочищення, враховуючи слідуючи показники: повітряно-механічна піна формується достатньо добре при низьких концентраціях водного розчину (0,5 – 5 %) із зменшенням дисперсності, що сприятиме очищенню від мілкодисперсного пилу, найбільш пнемоконіозонебезпечного; має меншу стійкість у порівнянні з піною необхідною для пилопригнічення. Отже, при збільшенні критичного параметру упаковки НПАР формує на поверхні вода-повітря щільно заповнені адсорбційні шари з високою когезієй (підвищується поверхнева пружність та в’язкість), що визначає високу піноутворюючу здатність і стійкість піни „ОС-20”, „ДС-10”. В результаті математичного аналізу експерименту методом апроксимації встановлено відповідність взаємозв'язку стійкості піни від концентрації НПАР у логарифмічній залежності у= 5,0684ln(x)+1,8256 з коефіцієнтом апроксимації R2=0,9521.
Для гідрофобних матеріалів, таких як вугільний, коксовий пил, необхідно, щоб застосовані піноутворювачі мали достатні піноутворюючі та змочуючи властивості, тому були проведені дослідження змочуючої здібності НПАР – піноутворювачів по відношенню до вугільного пилу підігрітого до 115 °С. Найбільш високу здатність до змочування вугільного пилу показали НПАР „ОС-20” та „ДС-10”. Слід відмітити, що наведених даних не достатньо для характеристики взаємодії пилу з підігрітим пилом. Це питання потребує подальших досліджень в лабораторії і у виробничих умовах.
Література:
1. Порівняння технологій виробництва коксу рекуперативного типу з уловлюванням побічних продуктів коксування [Текст] / Товсей П., Камерон Я., Гордон Я., Красенів А. // Кокс і хімія. – 2013 – №1 – С. 9.
2. Коксохімічні підприємства України та проблеми екології [Текст] / Е.А. Ковальов // Діловий вісник. – 2008.– № 3 [Електронний ресурс] – Режим доступу: http://www.ucci.oгg.ua/synopsis/dv/2008/dv0803161.гu.html.
3. Використання та застосування повітряно-механічної піни за допомогою піногенераторів для пилопригничення при бурінні шпурів [Текст] /В.Г. Лукянов, В.А. Шмуригін, В.С. Забуга // Вісник науки Сибіру – 2013, – № 1(7) – с. 1 – 4.
4. Аналіз переваг реалізації пінного способу обезпилення повітря на виробництвах будівельної галузі [Текст] / В.І. Безпалов, О.С. Гурова // Економіка і екологія територіальної освіти – 2015 – №4 – с. 64 – 68.
5. Синтез та властивості поверхнево-активних речовин на основі метакрілової кислоти [Текст] / Л.І. Ворончихіна, О.Є. Журавлев, Н.І. Кротова, Ю.А. та ін. // Вісник ТвГУ „Хімія” – 2015. - № 4 – С. 118-126.
