ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННОГО ДИМЕТИЛЭТАНОЛАМИНА И ЖИРНЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследования синтеза поверхностно-активного вещества на основе жирных кислот софлорового масла и отработанного диметилэтаноламина. Подобран оптимальный состав поверхностно-активного вещества и изучены его основные физико-химические свойства: поверхностное натяжение, температура плавления, плотность, температура вспышки. Выданы рекомендации по его практическому использованию при производстве и хранению минеральных удобрений.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the synthesis of a surfactant based on fatty acids of sofloral oil and waste dimethylethanolamine. The optimal composition of the surfactant was selected and its basic physicochemical properties were studied: surface tension, melting point, density, flash point.

Recommendations were issued for its practical use in the production and storage of mineral fertilizers.

Ключевые слова: поверхностно-активное вещество, гидрофобизирующие свойства, диметилэтаноламин, жирная кислота, минеральное удобрение, софлоровое масло.

Keywords: surfactant, hydrophobizing properties, dimethylethanolamine, fatty acid, mineral fertilizer, sofloral oil.

Наибольшее распространение в последнее время в качестве адсорбента при очистке промышленных газов от СО₂ и сероводорода (H₂S) получили водные растворы моно- и диметилэтаноламинов. Наибольший объем применения моно- и диметилэтаноламинов приходится на химическую и нефтегазовую отрасль (очистка от СО₂ и H₂S). Отработанный после очистки газов диметилэтаноламин (ДМЭА) складируется в специальных бетонных хранилищах и периодически термически утилизируется, иными словами, попросту сжигается в печах.

Поэтому актуальной проблемой является регенерация многотоннажных отработанных адсорбентов - аминоспиртов и последующего их использования.

Мы в лабораторных условиях имитировали процесс поглощения СО₂ и H₂S в абсорбере при температуре 40-45°С, с образовавшим при абсорбции отработанного аминоспирта. Проведенные исследования показали, что в отработанном диметилэтаноламине содержатся первичные, вторичные и третичные амины [1-3].

В процессе очистки от С0₂ и H₂S растворами ДМЭА кроме основных реакций взаимодействия ДМЭА и СО₂, протекает ряд побочных процессов, приводящих к образованию нерегенерируемых и коррозионно-активных соединений (муравьиная кислота, формамид и др.). Накопление этих веществ в рабочем растворе ДМЭА вызывает коррозию оборудования и приводит к потерям абсорбента. Признаком нарастания коррозионной активности рабочего раствора является изменение его цвета от бесцветного до черного.

С целью утилизации отработанного аминоспирта, нами проведены исследования по получению поверхностно-активных веществ (ПАВ) на основе отработанного ДМЭА и карбоновых жирных кислот софлорового масла.

При синтезе поверхностно-активного вещества (ПАВ) основными исходными компонентами были выбраны: карбоновая жирная кислота (КЖК) софлорового масла (СМ) и очищенный от муравьиной кислоты отработанный диметилэтаноламин (ДМЭА). Нами подобран оптимальный состав и соотношение между исходными компонентами.

В таблице 1 приведены экспериментальные данные лабораторных исследований по подбору (на основе значений физико-химических параметров) оптимальных соотношений: КЖК СМ, ДМЭА, стабилизатора, индустриального масла, органоминерального воска, при приготовлении композиции ПАВ. Выбор оптимальных соотношений проведен на базе сравнительного анализа технических параметров полученных составов композиций ПАВ.

Таблица 1.

Подбор оптимального состава композиции ПАВ

Особенностью процесса синтеза ПАВ является то, что реакцию получения аминосоединения проводят в присутствии стабилизатора - натриевой соли пальмитиновой кислоты, наличие последнего позволяет стабилизировать и гомогенизировать композицию ПАВ, понизить энергетические затраты на перемешивание и ускорить процесс материалообразования.

Кроме того, ввод стабилизатора обеспечивает проведение реакции жирной кислоты с отработанным диметилэтаноламином с образованием алкилоламида. Индустриальное масло в композиции служит дисперсной средой для концентрата ПАВ и способствует распространению пленки ПАВ на большую площадь и объём минерального удобрения.

Вторичный органоминеральный воск в предлагаемой рецептуре поверхностно-активной композиции является отвердителем и гидрофобизатором в синтезированной композиции. Сущность синтеза ПАВ заключается в следующем. В реактор помещают карбоновую жирную кислоту и нагревают до температуры 70-75 С. К расплавленной массе при перемешивании, понемногу (в течении 25-30 мин.) начинают приливать отработанный ДМЭА в расчетном соотношении.

Затем отбирают пробу полученного ПАВ для определения степени готовности по поверхностно активным свойствам. Затем поднимают температуру до 100-110 °с при интенсивном перемешивании реакционной массы. Через 30 мин в реактор подают стабилизатор. После 10 -15 - минутного перемешивания, ПАВ готов.

Обычно при реакции жирных кислот с аминоспиртами различной степени замещенности (моно-, ди-, три- этаноламины) образуются комплексные соли следующего типа:

R-C00H+NH₂C2H40H→RC00NH₃C2H40H

R-COOH+NH(C₂H40H)→RC00NH₂(C2H40H)₂

R-COOH+N(C₂H₄OH)₃ → RCOONC₂H₄OH₃

Свободные жирные кислоты, которые находятся в составе КЖК СМ взаимодействуют с отработанным ДМЭА и образуют комплексную соль жирной кислоты следующего типа:

R-CООH+(СН₃)₂NC₂H₄ОH → RCOO[НN(СH₃)₂C₂H₄OH]

При приготовлении из КЖК СМ и ДМЭА ПАВ с добавками индустриального масла, вторичного органоминерального воска получается композиция, которая обладает свойством образовывать гидрофобизирующую пленку на поверхности гранул минеральных удобрений.

Проведенные эксперименты по подбору оптимального состава ПАВ свидетельствует о том, что изменение свойств дисперсных систем в присутствии ПАВ обусловлено адсорбционным закреплением добавки на поверхности дисперсной фазы.

Оно зависит не только от молекулярной состояния добавки в растворе, определяемого гидрофобно-липофильным балансов (ГЛБ) и гидрофобными взаимодействиями углеводородной части молекулы ПАВ водной среде, но и является функцией концентрации добавки, е физико-химических свойств.

Оптимальное соотношение исходных компонентов ПАВ подбирали по значениям поверхностной активности. Расчёты величины поверхностной активности показали, что при соотношении (масс, части) КЖК СМ: ДМЭА равном 8:2, поверхностная активность (ПА) возрастает более чем в 7 раз по сравнению с чистым техническим ДМЭА (табл. 2).

Увеличение концентрации отработанного ДМЭА в синтезированных нами ПАВ снижает и поверхностную активность.

Таблица 2.

Изменение поверхностной активности ПАВ в зависимости от их состава

Из литературы известно, что двухмерное давление адсорбированных слоев ПАВ коррелирует с поверхностной активностью, чем выше активность, тем больше максимальная величина двухмерного давления.

Полученные экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что с увеличением количества ДМЭА в составе новых ПАВ работа адсорбции уменьшается и соответственно уменьшается их поверхностная активность. При оптимальном соотношении исходных реагентов поверхностная активность увеличивается более чем в 7 раз по сравнению с чистым ДМЭА.

В нашем случае мицеллы ПАВ можно рассматривать как термодинамически устойчивые коллоидные растворы, в которых устанавливается равновесие между адсорбционными слоями ПАВ и мицеллами ПАВ в объёме раствора. В динамическом равновесии с ними находятся одиночные молекулы ПАВ, способные обмениваться местами с молекулами ПАВ на поверхности раствора и в объёме мицелл. Перед использованием композицию ПАВ необходимо расплавлять путем нагрева до 50-60 С[4-6].

Нами проведены исследования по изучению зависимости основных физико-химических параметров от изменения соотношения исходных компонентов ПАВ (табл.3).

Таблица 3.

Исследования по изучению зависимости основных физико-химических параметров от изменения соотношения исходных компонентов ПАВ

Результаты исследований приведённые в таблице 3 показывают, что оптимальным составом композиции ПАВ является соотношение , когда компоненты КЖК софлорового масла: ДМЭА:индустриальное масло:органический воск: стабилизатор взяты в следующих пропорциях 9.0:1.0:66.0:18.0:4.5[7-8]. 

Заключение.

1. На основе карбоновых жирных кислот софлорового масла и отработанного диметилэтаноламина синтезирован ПАВ, подобран его оптимальных состав и исследованы основные физико-химические параметры (поверхностная активность, условная вязкость, температура плавления, плотность и температура вспышки.
2. Синтезированный ПАВ в виде алкилоламида рекомендуется для использования в качестве антислеживателя при производстве гранулированных минеральных удобрений, в частности аммиачной селитры. За счет применения ПАВ обеспечивается: снижение энергозатрат и замена дефицитного импортного поверхностно активного вещества- пленкообразователя минеральных удобрений.

Список литературы:

1. Мирзаев А.Д., Шералиева О.А., Пазылов М.М. Состав антислеживателя аммиачной селитры. Патент РУз. IAP 05488., Ташкент, 2017 .
2. А.А. Кадыров Х.И., Акбаров, М.А. Эшмухамедов Антислеживатель для аммиачной селитры на основе дистиллированных жирных кислот и отработанного моноэтаноламина. Химическая безопасность.М.,Т.-4. №2. 2020 С-250-260.
3.  Пазилов М.М., Кадыров Н.А. Гидрофобные пленки для предотвращения слеживания минеральных удобрений. Научный вестник СамГУ “Илмий ахборотнома”, Самарканд,Спецвыпуск 2021 –С. 142-143.
4. Кадыров А.А., Кадыров Н.А. Поверхностно-активные вещества (получение, свойства, применение) // Монография, Ташкент, ТГТУ, 2015, 116с.
5. Турдиалиев У.М.. Автореферат диссертации д.т.н. Разработка технологии получения неслеживаюшиеся аммиачной селитры. Ташкент 2018 66с
6. Москаленко Л.В. Разработка технологии получения термостабильного удобрения на основе аммиачной селитры: Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Москва, 2007 16с.
7. Ишбеков И.Д. Технология получения пленкообразователя из хлопкового и соевого масла // Химия природных соединений АН РУз, Ташкент, спец. выпуск, 2001, С-48-51.
8. Щербакова Л.Н., Махмудов А.С., Шералиева О.А. Изучение коллоидно-химических свойств ПАВ на основе госсиполовой смолы// Вестник Всероссийского НИИ жиров, 2012, №1.С-25-30.