Decontaminazione dell'acqua co - Haikou HECS Group Co., Ltd

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15832 (2022) Citare questo articolo

La co-contaminazione da solventi organici (ad esempio, toluene e tetraidrofurano) e ioni metallici (ad esempio, Cu2+) è comune nelle acque reflue industriali e nei siti industriali. Questo manoscritto descrive la separazione del THF dall'acqua in assenza di ioni rame, nonché il trattamento dell'acqua co-inquinata da THF e rame, o da toluene e rame. Il tetraidrofurano (THF) e l'acqua sono liberamente miscibili in assenza di acido laurico. L'acido laurico separa i due solventi, come dimostrato dalla risonanza magnetica nucleare protonica (1H NMR) e dalla spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier a riflessione totale attenuata (ATR-FTIR). La purezza della fase acquosa separata da miscele THF:acqua 3:7 (v/v) utilizzando acido laurico 1 M è ≈87% v/v. Lo scattering di raggi X a piccolo angolo di sincrotrone (SAXS) indica che l'acido laurico forma micelle inverse nel THF, che si gonfiano in presenza di acqua (per ospitare acqua al loro interno) e alla fine portano a due fasi libere: 1) ricca di THF e 2 ) ricco di acqua. L'acido laurico deprotonato (ioni laurato) induce anche la migrazione degli ioni Cu2+ sia nel THF (dopo la separazione dall'acqua) che nel toluene (immiscibile in acqua), consentendone la rimozione dall'acqua. Gli ioni laurato e gli ioni rame probabilmente interagiscono attraverso interazioni fisiche (ad esempio, interazioni elettrostatiche) piuttosto che tramite legami chimici, come mostrato da ATR-FTIR. La spettrometria di emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES) dimostra la rimozione fino al 60% degli ioni Cu2+ dall'acqua co-inquinata da CuSO4 o CuCl2 e toluene. Mentre l'acido laurico emulsiona acqua e toluene in assenza di ioni rame, i sali di rame destabilizzano le emulsioni. Ciò è vantaggioso per evitare che gli ioni rame vengano nuovamente trascinati nella fase acquosa insieme al toluene, in seguito alla loro migrazione nella fase toluenica. L'effetto degli ioni rame sulla stabilità dell'emulsione è spiegato sulla base della ridotta attività interfacciale e della rigidità compressiva dei film interfacciali, analizzati utilizzando un trogolo di Langmuir. Nel trattamento delle acque reflue, l'acido laurico (una polvere) può essere miscelato direttamente nell'acqua inquinata. Nel contesto della bonifica delle acque sotterranee, l'acido laurico può essere solubilizzato nell'olio di canola per consentirne l'iniezione per trattare le falde acquifere co-inquinate da solventi organici e Cu2+. In questa applicazione, i filtri iniettabili ottenuti iniettando idrossietilcellulosa cationica (HEC+) ostacolerebbero il flusso degli ioni toluene e rame in essa ripartiti, proteggendo i recettori a valle. I co-contaminanti possono essere successivamente estratti a monte dei filtri (mediante pozzi di pompaggio), per consentirne la contemporanea rimozione dalle falde acquifere.

Le attività industriali rilasciano metalli pesanti tossici e solubili in acqua nelle acque sotterranee, tra cui piombo, cromo, arsenico, zinco, cadmio, mercurio e rame1,2. Il rame viene utilizzato nei fertilizzanti e negli spray antiparassitari, nei materiali da costruzione e nei rifiuti agricoli e urbani, causando elevate concentrazioni di rame nelle acque sotterranee1. Gli idrocarburi sono ampiamente utilizzati anche nei processi industriali e sono tra i più comuni inquinanti delle acque sotterranee3. Il THF è un contaminante delle acque sotterranee e delle acque reflue industriali, perché utilizzato per produrre prodotti farmaceutici e pesticidi intermedi4,5. Metalli pesanti, idrocarburi e solventi organici miscibili con acqua (ad esempio, diossano o THF) sono spesso presenti come co-contaminanti nei siti industriali6,7,8,9,10,11.

Il trattamento dei metalli pesanti comprende la bonifica elettrocinetica12,13,14,15,16, la rimozione mediante nanoparticelle17 e il lavaggio del suolo con additivi che facilitano la solubilizzazione e l'estrazione dei metalli pesanti tramite pompa e trattamento1. Pump and Treat estrae gli inquinanti mediante pozzi di pompaggio, tratta le acque sotterranee ex situ e infine le reinietta dopo il trattamento18. Ad esempio, l'acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) è stato utilizzato per bonificare il rame insieme alla pompa e al trattamento19. Il nostro studio precedente ha utilizzato il lauroil lattilato di sodio (SLL) per lo stesso scopo20. Questi approcci non consentono la rimozione simultanea di metalli pesanti e co-contaminanti come i solventi miscibili, di cui il THF è un esempio.

9 all of lauric acid in aqueous solution is in the form of laurate ions91. While lauric acid is insoluble in water, laurate ions have greater affinity for the water phase92. Interfacial tension measurements show that laurate ions are more interfacially active and more effective than lauric acid at stabilizing toluene-water emulsions./p> 0.2 M93. These films stabilize droplets because of their negative electrostatic charge at alkaline pH93. Another study reports that mixed films of lauric acid and laurate enhance the stability of water-cyclohexane and water-n-hexadecane emulsions at basic pH94. Moreover, the oil:water ratio affects emulsion characteristics. As an example, a previous study reports that at high water concentrations, micelles incorporate oil in the aqueous surfactant solution, whereas at high oil:water ratios micelles incorporate water in oil93. Here, the toluene:water ratio used (7:3 toluene:water, v/v) enables the formation of both oil in water and water in oil emulsions at basic pH, as evident from the turbidity of both the toluene and the water layers./p>

90% THF (v/v, relative to water), lauric acid self-assembles into reverse micelles. These reverse micelles are ≈25 Å in size and host water in their interior, as shown by SAXS. They swell with increasing water content, ultimately leading to free phase separation. With 1 M lauric acid and 7:3 THF:water mixtures, the purity of the water phase is 87% at either acidic, semi-neutral or basic pH (as shown by 1H NMR). Separation efficiency decreases at lower lauric acid concentrations, and is 76% with 0.125 M lauric acid. Therefore, our facile treatment approach finds potential applications for the treatment of either wastewater or groundwater./p>