Исследования по применению MGDA-3NA в водоочистке

1. Введение

С быстрым развитием индустриализации и урбанизации загрязнение воды становится все более серьезным, особенно вред, причиняемый ионами тяжелых металлов, кальцием и магнием, а также органическими загрязнителями водоемов. Традиционные методы очистки воды, такие как химическое осаждение, ионный обмен и мембранное разделение, страдают от низкой эффективности, высоких затрат и вторичного загрязнения. На этом фоне экологически чистые хелатирующие агенты из-за их высокой эффективности и биоразлагаемости стали горячей точкой исследований. MGDA-3NA (тринатриевая соль метилглициновой уксусной кислоты) в качестве нового зеленого хелатирующего агента демонстрирует широкие перспективы применения в очистке воды благодаря своей превосходной способности комплексообразования металлов, биоразлагаемости и экологичности.

2. Химические свойства МГДА-3НА

MGDA-3NA является хелатирующим агентом аминокарбоновой кислоты с химической формулой * * C7H8NNa3O6 * *. Его молекулярная структура содержит три группы карбоновых кислот и одну аминогруппу, способную формировать стабильные, водорастворимые комплексы с ионами металлов посредством многодентатной координации. Его особенности включают:

Высокая комплексообразующая способность: Его константа комплексообразования для ионов металлов, таких как Ca² ⁺, Mg² ⁺, Fe³ ⁺, Cu² ⁺ и Pb² ⁺, значительно выше, чем у традиционных хелатирующих агентов, таких как EDTA и NTA.

Биоразлагаемость: в стандартном тесте ОЭСР 301B он разлагается более чем на 80% в течение 28 дней, что значительно выше, чем у ЭДТА (который практически не разлагается).

Высокая термостойкость и широкая адаптивность к pH: он остается стабильным в диапазоне pH 2-12, что делает его пригодным для обработки кислотных или щелочных сточных вод.

3. Основные применения MGDA-3NA в очистке воды

3,1 Удаление тяжелых металлов из промышленных сточных вод

Загрязнение тяжелыми металлами является серьезной проблемой в сточных водах таких отраслей, как гальваника, добыча полезных ископаемых и производство батарей. MGDA-3NA может преобразовывать свободные ионы тяжелых металлов (такие как Cd² ⁺, Hg² ⁺ и Ni² ⁺) в растворимые комплексы посредством хелатирования, которые затем могут быть удалены путем осаждения или разделения мембран. Например:

Гальваническая очистка сточных вод: добавление MGDA-3NA (0.5-2 г / л) позволяет достичь скорости удаления ионов меди более 95% и снизить объем осадка на 30%.

Сравнительные преимущества: по сравнению с ЭДТА, MGDA-3NA более эффективен при низких дозах, а остатки могут впоследствии деградировать при биологической обработке, предотвращая долгосрочное накопление в окружающей среде.

3,2 Шкала и ингибирование коррозии

В системах циркулирующей охлаждающей воды и котельной воды ионы кальция и магния легко образуют карбонатную или сульфатную окалину. МГДА-3НА обеспечивает динамическое ингибирование окалины путем хелатирования Ca² ⁺ / Mg² ⁺ и предотвращения роста кристаллов:

Экспериментальные данные: при 80C и концентрации Ca² ⁺ 500 мг / л 10 мг / л MGDA-3NA уменьшали масштабирование на 90%.

Синергический эффект: Сочетание с полиакриловой кислотой (ПАА) дополнительно усиливает ингибирование накипи и продлевает срок службы оборудования.

3,3 Моющее средство, печать и очистка сточных вод от красителей

Традиционные phosphorus-containing детергенты могут легко привести к эвтрофикации водоемов. МГДА-3НА, как не содержащий фосфора хелатирующий агент, может заменить СТПП (триполифосфат натрия):

Деколоризация печати и окрашивания сточных вод: комплекс, образованный MGDA-3NA и Fe² ⁺, катализирует HO₂ для получения гидроксильных радикалов, разрушающих азокрасители (такие как Reactive Black 5) с эффективностью обесцвечивания, превышающей 85%.

Низкая биологическая токсичность: продукты его распада значительно менее токсичны для водных микроорганизмов, чем НТА.

3,4 Восстановление почв и радиоактивная очистка сточных вод

Выщелачивание почвы: растворы MGDA-3NA могут извлекать Cd и Pb из загрязненных почв с эффективностью извлечения на 20-40% выше, чем у лимонной кислоты.

Очистка ядерных отходов: MGDA-3NA обладает сильной хелатирующей способностью к радиоактивным металлам, таким как уран (UO² ⁺) и плутоний (Pu4 ⁺), что снижает их миграцию в окружающую среду.

4. Анализ экологических и экономических выгод

Экологические преимущества: MGDA-3NA имеет LD50 (пероральная доза у крыс) > 2000 мг / кг, что делает его малотоксичным веществом. Его продуктами деградации являются CO2 и вода.

Сравнение затрат: хотя его удельная цена немного выше, чем у EDTA, его использование сокращается на 30-50%, что приводит к снижению общих затрат на лечение.

5. Проблемы и перспективы

В настоящее время продвижение МГДА-3НА ограничено:

1. Высокие концентрации могут мешать последующей биохимической обработке;

2. Неадекватная эффективность хелатирования для некоторых редкоземельных металлов (таких как La ⁺).

Будущие направления исследований включают модификацию для повышения селективности, разработку сложных рецептур и оптимизацию параметров процесса.

6. Вывод

MGDA-3NA стал ключевым химическим веществом в отрасли очистки воды благодаря своей высокой эффективности, экологичности и многофункциональности. С ужесточением экологических норм и развитием зеленой химии его применение в восстановлении сточных вод тяжелых металлов, системах оборотной воды и восстановлении почв будет расширяться, обеспечивая ключевую техническую поддержку для устойчивого развития.