Способ определения лигнинных веществ в сточных водах сульфат-целлюлозного производства

Авторы патента:

Боголицын Константин Григорьевич (RU)

G01N27/26 - путем определения электрохимических параметров; путем электролиза или электрофореза (определение коррозионной стойкости G01N 17/00; путем разделения на составные части с использованием адсорбции, абсорбции или подобных процессов или с использованием ионного обмена, например хроматографии G01N 30/00; иммуноэлектрофорез G01N 33/561; электрохимические процессы и аппараты вообще B01J; стандартные элементы H01M 6/28)

Владельцы патента RU 2291418:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Архангельский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к способам анализа технологических растворов, получаемых при химической переработке древесины, предпочтительно в процессе получения целлюлозно-бумажной продукции, и может быть использовано при анализе сточных вод производства, использующего сульфат-целлюлозную технологию. Техническим результатом изобретения является обеспечение экспресс-контроля сточных вод на содержание лигнинных веществ. Сущность изобретения: в способе определения лигнинных веществ в сточных водах, включающем обработку пробы сточных вод окислительно-восстановительной системой на основе солей церия с последующей потенциометрической индикацией изменений, происходящих в системе, и расчетом содержания лигнинных веществ по результатам индикации с использованием ранее полученной калибровочной зависимости, указанную окислительно-восстановительную систему готовят на 0,25±0,05 моль/л серной кислоте при концентрации окисленной формы 0,001±0,0005 моль/л, а для получения калибровочной зависимости пробу контролируемой сточной воды подкисляют серной кислотой до pH 4,0-4,5, выдерживают раствор в течение не менее 50 мин, отделяют твердую фазу образовавшейся суспензии, промывают ее водой до нейтральной реакции, обезвоживают, обезвоженную твердую фазу суспендируют в воде и используют полученную суспензию для построения калибровочной зависимости. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Известен (SU, авторское свидетельство 742775, G 01 N 21/24, 1980) способ количественного определения лигносульфонатов в отработанных жидкостях сульфит-целлюлозного производства, основан на известной цветной реакции фенолов с раствором FeCl₂, которую предложено проводить в присутствии Н₂O₂.

Недостатком известного способа следует признать его длительность.

Известен также (RU, патент 2225001, G 01 N 33/18, 2004) способ определения массовой концентрации лигнинных веществ в природных, сточных и очищенных сточных водах целлюлозно-бумажных предприятий. Согласно известному способу проводят отбор пробы воды, измерение ее оптической плотности и определение концентрации лигнинных веществ по калибровочной кривой для стандартного образца, причем для построения калибровочной кривой используют стандартные образцы, выделенные из отработанных сульфатных или сульфитных щелоков. Стандартный образец получают путем отбора сульфатного щелока, осаждения из него лигнина сернокислотным методом до pH 4,0-4,5, промывки выделенного лигнина до отрицательной реакции на сульфат-ион, растворения в гидроксиде натрия, переосаждения соляной кислотой, промывки до отрицательной реакции на хлорид-ион, экстракции петролейным эфиром. Стандартный образец из сульфитного щелока получают путем отбора сульфитного щелока, осаждения лигносульфоновой кислоты комплексной солью хлорида гексаамминокобальта (II), отделение осадка из раствора, промывки его до отрицательной реакции на хлорид-ион, растворение в гидроксиде натрия до pH 8,2-8,5 и обработкой ионообменной смолой до pH 3,5-4,0.

Недостатком известного способа следует признать его длительность, а также отсутствие учета истинного состава сточных вод.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения можно считать (RU, патент 2054673, G 01 N 27/26, 1994) способ определения концентрации лигносульфоновых кислот в сульфитных растворах, включающий обработку растворов окислительно-восстановительной системой с последующей индикацией изменений, происходящих в системе, и расчетом содержания лигносульфоновых кислот по результатам индикации, причем растворы обрабатывали цериевой окислительно-восстановительной системой при pH 0,75-1,08, молярном соотношении Ce⁴⁺:Ce³⁺, равном (от 70 до 110):1, и концентрацией окисленной формы 0,004-0,050 моль/л, а индикацию измерений осуществляют потенциометрически через 5-10 мин после введения анализируемой пробы в окислительно-восстановительную систему.

Недостатком известного способа при определении лигнинных веществ в сточных водах сульфат-целлюлозного производства следует признать отсутствие учета реального состава сточных вод при построении калибровочной кривой и определении содержания лигнинных веществ.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого способа, состоит в повышении экологической безопасности в зоне сброса сточных вод сульфат-целлюлозного производства.

Технический результат, получаемый при реализации способа, состоит в обеспечении экспресс-контроля сточных вод на содержание лигнинных веществ.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ определения лигнинных веществ в сточных водах сульфат-целлюлозного производства, включающий обработку пробы сточных вод окислительно-восстановительной системой на основе солей церия с последующей потенциометрической индикацией изменений, происходящих в системе, и расчетом содержания лигнинных веществ по результатам индикации с использованием ранее полученной калибровочной зависимости, причем указанную окислительно-восстановительную систему готовят на 0,25±0,05 моль/л серной кислоты при концентрации окисленной формы 0,001±0,0005 моль/л, а для получения калибровочной зависимости пробу контролируемой сточной воды подкисляют серной кислотой до pH 4,0-4,5, выдерживают раствор в течение не менее 50 мин, отделяют твердую фазу образовавшейся суспензии, промывают ее водой до нейтральной реакции, обезвоживают, обезвоженную твердую фазу суспендируют в воде и используют полученную суспензию для построения калибровочной зависимости. В предпочтительном варианте реализации используют соотношение Се⁴⁺:Се³⁺=100:1. Обычно потенциометрическую индикацию проводят через 10 мин после обработки пробы окислительно-восстановительной системой. При получении материала для определения характеристической зависимости для промывки твердой фазы используют промывочную воду с температурой 50-60°С, а обезвоживание твердой фазы проводят в сушильном шкафу до влажности не более 2%.

Использование потенциометрической индикации изменений, происходящих в окислительно-восстановительной системе, позволяет ускорить процесс серийного определения содержания лигнинных веществ в сточных водах относительно используемого в настоящее время нитрозного метода, а использование при создании характеристической (калибровочной) зависимости именно твердой фазы сточных вод именно контролируемого производства позволяет повысить точность определения за счет исключения влияния неучитываемых компонентов сточных вод, влияющих на состояние окислительно-восстановительной системы.

В дальнейшем сущность предлагаемого способа будет раскрыта на конкретных примерах реализации.

При определении электрического потенциала системы при определении содержания лигнинных веществ в сточных водах сульфат-целлюлозного производства предлагаемым способом используют иономер И-130, платиновый электрод, хлорсеребряный электрод и магнитную мешалку.

Окислительно-восстановительную систему готовят на основе солей церия, растворенных в 0,5 н. серной кислоте при соотношении ионов Се⁴⁺:Се³⁺=100:1 (0,001 М:0,00001 М) (см. Г.А.Лайтинен, В.Е.Харрис. Химический анализ. М., Химия, 1979, стр.377-378).

Для получения калибровочной зависимости пробу контролируемой сточной воды подкислили серной кислотой до pH 4,0-4,5, выдерживали раствор в течение не менее 50 мин и отделили твердую фазу образовавшейся суспензии. Полученная твердая фаза суспензии содержала только лигниновые вещества, присущие именно анализируемым сточным водам. Промыли полученную твердую фазу водой до нейтральной реакции с последующим ее обезвоживанием. Обезвоженную твердую фазу, содержащую практически только лигниновые вещества, суспендировали в воде и использовали полученную суспензию (там же, стр.313-317) для построения калибровочной зависимости изменения потенциала электрода от содержания окисленной/восстановленной форм церия в зависимости от концентрации лигниновых веществ в растворе.

При построении калибровочной зависимости в реакционную ячейку (ячейка не термостатировалась) помещали 40 см³ цериевой окислительно-восстановительной системы, соответствующей вышеуказанным условиям, после установления постоянного значения потенциала (1310±10 мВ), который устанавливался в течение 1 минуты, добавляли к системе 5 см³ раствора лигнинных веществ, полученных ранее из сточных вод, различной концентрации. В момент добавления раствора лигниновых веществ включали секундомер. Время проведения анализа 10 мин. Каждую минуту фиксировали значение потенциала. По разности потенциалов в конечный и начальный моменты времени находили значение Δϕ. По полученным данным строили калибровочную зависимость - график зависимости изменения потенциала от концентрации лигнинных веществ.

С использованием полученной калибровочной зависимости и окислительно-восстановительной системой на основе солей церия с последующей потенциометрической индикацией изменений, происходящих в окислительно-восстановительной системе, проводили анализ модельных растворов лигниновых веществ, полученных как указано ранее, на содержание лигниновых веществ. В результате было установлено, что каждому значению содержания лигниновых веществ в водной среде однозначно соответствует значение потенциала электрода. Экспериментальные данные приведены в табл.1. Средняя погрешность составила 10,6%.

Табл.1.
Дата анализа	Концентрация л.в., мг/л	Относительная погрешность, %
Задано	Определено
20.01.05.	150	141,5	5,7
26.01.05.	150	129,6	13,6
02.02.05.	100	100,2	0,2
	150	129,7	13,5
	200	170,8	14,6
09.02.05.	100	88,4	11,6
	150	129,6	13,6
	200	194,5	2.8
16.02.05.	100	82,5	17,5
	150	117,9	21,4
	200	200,3	0,15
21.02.05.	100	82,5	17,5
	150	135,5	9,7
	200	164,9	17,6
28.02.05.	50	41,3	17,4
	100	88,3	11,7
	150	135,5	9,7
	200	194,4	2,8

При проведении анализа содержания сточных вод Архангельского ЦБК в реакционную ячейку помещали 40 см³окислительно-восстановительной системы на основе солей церия. После установления постоянного значения потенциала добавляли к системе пробу в объеме 5 см³ сточных вод Архангельского ЦБК, предварительно профильтрованных через пористый стеклянный фильтр (пор 160) для отделения нерастворимых взвешенных частиц. В момент введения пробы включали секундомер. Время проведения анализа 10 мин. Каждую минуту фиксировали значение потенциала. По разности потенциалов в конечный и начальный моменты времени находили значение Δϕ. По полученным экспериментальным данным Δϕ с использованием ранее полученной калибровочной зависимости рассчитывали содержание лигниновых веществ в сточных водах.

При проведении указанного анализа сточных вод сульфат-целлюлозного производства Архангельского ЦБК было установлено, что точность измерения повышена по сравнению с нитрозным методом на 10% при одновременном ускорении времени определения в 2 раза.

1. Способ определения лигнинных веществ в сточных водах, включающий обработку пробы сточных вод окислительно-восстановительной системой на основе солей церия с последующей потенциометрической индикацией изменений, происходящих в системе, и расчетом содержания лигнинных веществ по результатам индикации с использованием ранее полученной калибровочной зависимости, отличающийся тем, что указанную окислительно-восстановительную систему готовят на (0,25±0,05) моль/л серной кислоте при концентрации окисленной формы (0,001±0,0005) моль/л, а для получения калибровочной зависимости пробу контролируемой сточной воды подкисляют серной кислотой до pH 4,0-4,5, выдерживают раствор в течение не менее 50 мин, отделяют твердую фазу образовавшейся суспензии, промывают ее водой до нейтральной реакции, обезвоживают, обезвоженную твердую фазу суспендируют в воде и используют полученную суспензию для построения калибровочной зависимости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют соотношение Се⁴⁺:Ce³⁺=100:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что потенциометрическую индикацию проводят через 10 мин после обработки пробы окислительно-восстановительной системой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для промывки твердой фазы используют промывочную воду с температурой 50-60°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую фазу обезвоживают в сушильном шкафу до влажности не более 2%.

Изобретение относится к аналитическому контролю молекулярного кислорода в теплоносителе и позволяет решать задачи контроля молекулярного кислорода в контурах под давлением с водным теплоносителем, в том числе в теплоносителе контуров исследовательских реакторов, входящих в их состав петлевых установок, других ядерно-энергетических установок с азотной компенсацией давления и реакторов типа ВВЭР с паровой компенсацией давления.

Автоматизированный способ идентификации металлов и сплавов // 2281487

Изобретение относится к методам анализа химических или физических свойств материалов путем определения их электрохимических параметров с использованием цифровых вычислений и обработки данных и может быть использовано в металлургии, металлообработке и машиностроении для контроля качества продукции.

Способ селективного определения тирозина и фенилаланина в водном растворе // 2276784

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено при разработке процессов непрерывной ферментации белков. .

Способ определения редуцирующей способности антрахинона // 2270445

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в химической технологии производства целлюлозы сульфатным или натронным способом. .

Электрохимический способ и устройства, предназначенные для применения при определении концентраций исследуемых веществ с поправкой на гематокритное число // 2262890

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам и способам для применения при анализе широкого круга исследуемых веществ в разнообразных пробах и, в частности, для применения при анализе исследуемых веществ, содержащихся в цельной крови или ее производных.

Способ контроля изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе // 2262098

Изобретение относится к области электрохимии, электрохимических процессов и технологий в части измерения потенциалов электродов под током, а именно к определению концентрации ионов в растворе по величине текущего потенциала рабочего электрода электрохимической ячейки, и предназначено для контроля изменения жесткости воды в водо-водяном подогревателе.

Способ идентификации металлического сплава или металла и металлолома, из которого он получен // 2260795

Изобретение относится к способам анализа сплавов металлов или металлов для определения соответствия сплава или металла металлолому, из которого он получен и может применяться при контроле процесса переработки металлолома, в частности при таможенной идентификации.

Способ разделения частиц методом диэлектрофореза // 2253109

Изобретение относится к физике селективного воздействия с помощью неоднородных электрических полей на наномолекулы и наночастицы и их селективного перемещения при диэлектрофорезе.

Способ электрохимического определения специфических антител в сыворотке крови с помощью белков, меченных металлом // 2249217

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа. .

Способ измерения электрофоретической подвижности абиотических микрообъектов // 2245539

Изобретение относится к биологии и экспериментальной медицине, а именно к способам измерения поверхностного потенциала различных абиотических микрообъектов. .

Способ определения содержания меди и ее оксидов в ультрадисперсных порошках меди // 2298788

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к определению содержания Cu, Cu2O и CuO при совместном их присутствии в ультрадисперсных порошках (УДП) меди, которые используются в порошковой металлургии для получения изделий методом спекания, синтеза интерметаллидов, а также являются компонентами современных смазочных материалов, металлополимеров

Способ электрофоретического определения состава многокомпонентных растворов и устройство для его осуществления // 2300099

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к методу капиллярного электрофореза, и может быть использовано для выполнения анализов многокомпонентных растворов

Способ раздельного определения триптофана и тирозина в водном растворе // 2305832

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть использовано при разработке процессов непрерывной ферментации белков в серийных анализах производства фармацевтических препаратов

Способ селективного определения триптофана и фенилаланина в водном растворе // 2305833

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено в серийных анализах при производстве фармацевтических препаратов: биологически активных пищевых добавок, аминокислотных смесей, витаминных комплексов.Способ селективного определения триптофана и фенилаланина в водном растворе характеризуется тем, что готовят водный раствор триптофана и фенилаланина с исходными концентрациями 0,05 и 0,02 мг/мл соответственно, затем постепенно добавляют высаливатель кристаллический сульфат лития до его содержания 25 мас.% по отношению к массе водного раствора аминокислот, к приготовленному водно-солевому раствору триптофана и фенилаланина добавляют экстрагент - трехкомпонентную смесь гидрофильных растворителей в объемном соотношении водно-солевого раствора и смеси экстрагентов 10:1, причем смесь гидрофильных растворителей предварительно готовят из 60-70 мас.% бутилового спирта, 20-25 мас.% ацетона и 5-20 мас.% этилацетата, затем экстрагируют на вибросмесителе в течение 5 мин, выдерживают несколько минут до полного разделения фаз, экстракт количественно переносят в ячейку для кондуктометрического титрования и определяют в экстракте содержание триптофана и фенилаланина, для этого по результатам кондуктометрического титрования строят кривую зависимости электроповодности раствора от объема прилитого титранта, по фиксированным точкам эквивалентности определяют массу триптофана и фенилаланина в экстракте, степень извлечения (R, %) триптофана и фенилаланина рассчитывают по формуле R=D·100/D+r, где D - коэффициент распределения триптофана и фенилаланина между трехкомпонентной смесью гидрофильных растворителей и водно-солевым раствором, r - соотношение равновесных объемов водной и органической фаз

Способ определения аланина в водном растворе // 2305834

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено в качестве способа контроля содержания аланина в белковых смесях и биологически активных добавках

Способ определения иридия // 2311635

Изобретение относится к области аналитической химии, конкретно к способам электрохимического определения иридия

Способ определения ионного состава жидких сред // 2313781

Изобретение относится к пищевой промышленности, биотехнологии, ликеро-водочной промышленности, производству безалкогольных напитков, к приемам по контролю качества вод, сырья, жидких промежуточных и целевых продуктов биотехнологии, ликеро-водочной промышленности, производства безалкогольных напитков

Камера для электрофореза клеток // 2314521

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для биологических исследований суспензий клеток и образцов биоптатов

Способ определения дефектов гидроизоляционного покрытия и коррозионных повреждений наружных поверхностей подземных и подводных трубопроводов // 2319139

Изобретение относится к способам бесконтактного определения мест дефектов гидроизоляционного покрытия и коррозионных повреждений наружных поверхностей подземных и подводных катодно-защищенных трубопроводов с пленочной гидроизоляцией с помощью электрохимического анализа и может быть использовано в подземном трубопроводном транспорте

Способ разделения белков кишечного сока у собак на фракции в полиакриламидном геле // 2322664

Изобретение относится к ветеринарной медицине