Способ извлечения органических веществ из водной среды

Изобретение относится к экологии, гидрохимии, аналитической химии и может быть использовано для извлечения органических соединений из водных сред, в частности из минеральных вод, в том числе сульфидных. Для осуществления способа выделение летучих органических веществ из воды в органический растворитель ведут путем соконденсации извлекаемого вещества в результате перегонки с паром растворителя. Для получения соконденсата через пробу воды либо пропускают доведенный до парообразного состояния растворитель, либо предварительно добавляют его в пробу с последующей отгонкой. Органический растворитель выбирают из ряда: этанол, ацетонитрил, ацетон, гексан. Способ обеспечивает одностадийное извлечение растворенных органических веществ в растворители, неограниченно смешивающиеся с водой, снижение термического воздействия на исследуемую пробу, повышение степени извлечения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к гидрохимии, аналитической химии, экологии и может быть использовано для выделения, исследования растворенных природных и техногенных органических веществ водных объектов, в том числе минеральных вод.

Известен способ [1], где летучие органические вещества извлекают из пробы воды перегонкой с водяным паром. Используются два варианта: перегонку с паром ведут либо непосредственно из колбы с пробой воды, осуществляя ее кипячение; либо для получения водяного пара и подачи его в пробу применяют парогенератор.

Однако указанный способ имеет ряд недостатков:

- исследуемую пробу воды во время процедуры необходимо греть при +105-110°С во избежание конденсации водяного пара в объем пробы;

- для гидрофильных, хорошо растворимых в воде веществ (низкомолекулярные жирные кислоты, фенолы, амины и др.) требуется значительное превышение объема дистиллята по отношению к исходному образцу (в 5-10 раз), или химическая модификация пробы (изменение рН и т.п.) перед процедурой отгонки, что может вызвать нежелательные химические превращения в системе.

Технический результат - улучшение экономических показателей, исключение многостадийности, существенное снижение термического воздействия на исследуемую пробу с одновременным повышением степени извлечения, возможность регулирования эффективности экстракции путем варьирования полярности используемого органического растворителя.

Это достигается тем, что органические вещества извлекают из воды в органический растворитель (например, этанол, ацетонитрил, ацетон, четыреххлористый углерод, диэтиловый эфир, гексан и др.) путем соконденсации в результате перегонки с паром растворителя, имеющего температуру кипения ниже температуры кипения пробы.

Способ осуществляют двумя вариантами следующим образом.

Вариант 1:

Исследуемый образец воды объемом 300 см3 помещают в стеклянную коническую колбу со шлифом типа КнКШ емкостью 750 см3. Добавляют 80 см3 органического растворителя (этанол, ацетонитрил, ацетон, четыреххлористый углерод и др.), вносят стеклянные капилляры для стимулирования парообразования. Колбу со смесью помещают на нагреватель, электрическую плитку. Собирают установку для перегонки из стекла: присоединяют к колбе насадку типа Н2 КШ 29/32-14/23 ГОСТ 9425-71 с термометром до 150°С, лабораторным холодильником типа ХПТ 400 14/23 ГОСТ 9499-70 и алонжем типа АИ КШ 14/23-60 ГОСТ 9425-71. Содержимое колбы доводят до кипения. Отгонку заканчивают, когда температура конденсации на термометре достигнет 90-92°С. Полученный дистиллят содержит извлекаемые из воды органические вещества.

Вариант 2:

Собирают установку из стекла для перегонки с паром [1], наливая в парогенератор органический растворитель (этанол, ацетонитрил, ацетон, четыреххлористый углерод, диэтиловый эфир, гексан и др.). В колбу емкостью 1000 см3 для перегоняемой жидкости помещают пробу исследуемой воды объемом 700-750 см3. Температуру водяной бани доводят до 90-92°С. Осуществляют перегонку, направляя пар растворителя из парогенератора в объем воды. Собирают конденсат растворителя в объеме 50-70 см3 или более (для увеличения степени извлечения), содержащий извлекаемые из воды органические вещества.

Пример 1.

В колбу для перегоняемой жидкости поместили 700 г стандартного раствора пропионовой кислоты в дистиллированной воде с массовой концентрацией 2,8 мкг/г. В парогенератор налили 350 см3 свежеперегнанного этилового спирта (96°). Осуществили перегонку с паром этанола по варианту 2 (см. выше). Масса полученного дистиллята составила 43,8 г. Методом газовой хроматографии на хроматографе М-3700 с детектором ионизации в пламени установили, что концентрация пропионовой кислоты в соконденсате равна 23,7 мкг/г. Таким образом, в модельном эксперименте степень извлечения пропионовой кислоты из водного раствора составила 23,7×43,8:2,8:700×100%=53%.

Пример 2.

В колбу для перегоняемой жидкости поместили 750 г сульфидной минеральной воды скв.6Т (Мацеста, г.Сочи). В парогенератор налили 350 см3 ацетонитрила марки «химически чистый». Произвели перегонку с паром ацетонитрила по варианту 2 (см. выше). Масса полученного соконденсата составила 44,5 г. Методом обращенной высокоэффективной жидкостной хроматографии на микроколоночном хроматографе «Милихром-4» при многоволновой детекции (220, 230, 240, 250 и 270 нм) обнаружено несколько неидентифицированных химических соединений. В качестве элюента использовали 80% раствор ацетонитрила в воде. На колонке длиной 80 мм, внутренним диаметром 2 мм с фазой С-18 (5 мкм) при 18°С объемы удерживания веществ составили соответственно 119, 157, 183, 263 и 1556 мкл.

Пример 3.

Исследуемый образец раствора орто- и пара-крезола в воде объемом 300 см3 в концентрациях 66,3 и 91,5 мкг/см3 соответственно помещают в стеклянную коническую колбу со шлифом типа КнКШ емкостью 750 см3. Добавляют 10 см3 этанола, вносят стеклянные капилляры для стимулирования парообразования. Колбу со смесью помещают на нагреватель, электрическую плитку. Собирают установку для перегонки из стекла: присоединяют к колбе насадку типа Н2 КШ 29/32-14/23 ГОСТ 9425-71 с термометром до 150°С, лабораторным холодильником типа ХПТ 400 14/23 ГОСТ 9499-70 и алонжем типа АИ КШ 14/23-60 ГОСТ 9425-71. Содержимое колбы доводят до кипения, осуществляя перегонку с паром этанола по варианту 1 (см. выше). Отгонку заканчивают, когда температура конденсации на термометре достигнет 95-97°С. Полученный дистиллят массой 13,62 г (плотность 0,9527 г/см3) содержит извлекаемые из воды органические вещества: орто-крезол 380,22 мкг/см3 и пара-крезол 215,91 мкг/см3. Степень извлечения орто-крезола составила 380,22×13,62×100/0,9527×66,3×300=27,3%, а пара-крезола соответственно 215,91×13,62×100/0,9527×91,5×300=11,2%.

Пример 4.

С целью изучения и сравнения экстрагирующей способности различных органических жидкостей для предлагаемого способа извлечения целевых компонентов использовали также четыреххлористый углерод. В отличие от этанола и ацетонитрила он является неполярным растворителем.

Исследуемый образец раствора органических кислот в воде объемом 302 см3 помещают в стеклянную коническую колбу со шлифом типа КнКШ емкостью 750 см3. Концентрации кислот: уксусной - 162,3 мкг/см3, пропионовой - 144,1 мкг/см3 и масляной - 145,1 мкг/см3. Добавляют 20 см3 четыреххлористого углерода, вносят стеклянные капилляры для стимулирования парообразования. Органический растворитель, не смешиваясь с водой, находится под слоем водного раствора, поскольку его плотность выше воды. Колбу с образцом помещают на нагреватель - электрическую плитку. Собирают установку для перегонки из стекла: присоединяют к колбе насадку типа Н2 КШ 29/32-14/23 ГОСТ 9425-71 с термометром до 150°С, лабораторным холодильником типа ХПТ 400 14/23 ГОСТ 9499-70 и алонжем типа АИ КШ 14/23-60 ГОСТ 9425-71. Содержимое колбы доводят до кипения - 65-67°С, осуществляя перегонку с паром четыреххлористого углерода по варианту 1 (см. выше). Пары четыреххлористого углерода в виде пузырьков пронизывают слой воды и конденсируются в холодильнике. Отгонку заканчивают, когда температура конденсации на термометре начинает резко возрастать. Полученный дистиллят массой 31,65 г (плотность 1,595 г/см3) содержит масляную кислоту в концентрации 8,8 мкг/см3, уксусная и пропионовая кислоты не обнаружены (чувствительность ГЖХ-анализа составляла не хуже 0,5 мкг/см3). Степень извлечения масляной кислоты 8,8×31,65×100/1,595×145,1×302=0,4%.

Пример 5.

С целью прямой демонстрации преимущества предлагаемого способа над ближайшим аналогом в эффективности выделения органических веществ из воды изучено содержание карбоновых кислот С2- С6 в парогазовой фазе при нагревании образца с предварительной добавкой органического растворителя в объем пробы и без нее.

Исследуемый образец раствора органических кислот в воде готовят в двух мерных колбах емкостью 25 см3. При этом в одну из колб при приготовлении добавляют 95%(об.) этиловый спирт в количестве 0,85 мл. В пенициллиновые флаконы емкостью 15 мл помещают аликвоты 5 мл приготовленных смесей, укупоривают резиновой пробкой. Для герметичной фиксации пробки закрепляют в специальном металлическом зажиме-контейнере, используемом при парофазовом анализе. После чего помещают точно на 5 мин (по секундомеру) каждый флакон поочередно на кипящую водяную баню (100°С). Берут 1 мл парогазовой фазы путем прокола резиновой пробки медицинским шприцем и проводят ее исследование с помощью газовой хроматографии на хроматографе М-3700(ДИП) с колонкой 15% Carbowax 20M Chromaton AW-DMCS (0,315-0,400), L=1,0 m, d=4 mm. Результаты определения концентраций кислот представлены в табл.1

Таблица 1.

Результаты сравнительного изучения парогазовой фазы над водным раствором карбоновых кислот при 100°С.
ОпытСодержание органической кислоты в парогазовой фазе, мкг/мл
C2С3С4С5С6
Водный раствор карбоновых кислот70±17,4150±13,8190±16,8260±29,9320±34,0
Водный раствор карбоновых кислот при добавлении в пробу 3% этанола114±6,0280±31,7340±44,9480±36,6590±52,5
Примечание: Содержание органических кислот в обоих опытах составляло

- уксусной (С2) 324 м кг/мл

- пропионовой (С3) 368 мкг/мл

- масляной (С4) 287 мкг/мл

- валерьяновой (C5) 304 мкг/мл

- капроновой (С6) 305 мкг/мл

Таким образом, предварительное введение в объем водного раствора алифатических кислот С26 этанола в количестве 3% от объема пробы приводит к повышению их содержания в парогазовой фазе при нагревании до 100°С в среднем на 80%.

Предлагаемый способ позволяет:

- выполнить прямое одностадийное извлечение растворенных органических веществ в растворители, неограниченно смешивающиеся с водой (этанол, ацетонитрил, ацетон и т.п.);

- существенно снизить температурное воздействие (на 15-25°С) на исследуемую пробу в сравнении с традиционным методом перегонки с паром;

- уменьшить материальные, энергетические и трудовые затраты;

- исключить предварительную химическую модификацию пробы воды, в случае если целевыми органическими веществами являются гидрофильные химические соединения;

- повысить степень извлечения целевых органических веществ из воды;

- регулировать эффективность извлечения целевых компонентов путем варьирования полярности органического растворителя.

Библиография

1. Степин Б.Д. Техника лабораторного эксперимента в химии: Учеб. пособие для вузов. М.: Химия, 1999, с.305-314.

1. Способ извлечения летучих органических веществ из водной среды, включающий выделение растворенных органических веществ из воды путем дистилляции при перегонке с паром, отличающийся тем, что в парогенератор или в водную среду вводят органический растворитель для соконденсации пара растворителя с извлекаемым веществом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что органический растворитель выбирают из ряда этанол, ацетонитрил, ацетон, гексан.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам опреснения морской воды и устройствам для его реализации. .

Изобретение относится к аппаратам для получения дистиллированной воды и может быть использовано в здравоохранении и других отраслях народного хозяйства, где требуется дистиллят с высокой степенью очистки от летучих веществ, в частности аммиака.

Изобретение относится к области очистки сточных вод. .

Изобретение относится к электрохимической промышленности, в частности к устройствам для электролиза водных растворов, и может быть использовано, например, при создании компактных, легкотранспортируемых установок для получения активированных водных растворов бытового и промышленного назначения.

Изобретение относится к области опреснения соленых вод и может быть использовано для получения пресной воды из морской воды. .

Изобретение относится к технологии разрушения гипохлорита натрия в водных растворах и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод, содержащих гипохлорит натрия.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для очистки и обеззараживания сточных вод. .

Изобретение относится к отделению 1,1-дифторэтана от винилхлорида. .

Изобретение относится к способу разделения исходной смеси из двух или более компонентов посредством экстрактивной дистилляции, к пригодной для этого снабженной перегородкой разделительной колонне, а также к их применению

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения (мет)акриловой кислоты, включающему проведение для пропилена, пропана или изобутилена парофазного каталитического окисления для получения окисленной реакционной смеси, поглощение окисленного продукта реакции в воде для получения водного раствора, содержащего (мет)акриловую кислоту, концентрирование водного раствора в присутствии азеотропного агента и дистилляцию полученной (мет)акриловой кислоты в дистилляционной колонне для получения очищенной (мет)акриловой кислоты, в котором в ходе функционирования дистилляционной колонны, включая приостановку и возобновление функционирования, дистилляционную колонну промывают водой и после этого проводят азеотропную дистилляцию в присутствии азеотропного агента

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к получению абсолютированного этанола из синтетического спирта
Наверх