Состав синтетических моющих средств на основе синтетических поверхностно-активных веществ Российский патент 2024 года по МПК C11D1/00 

Изобретение относится к области рационального природопользования и может быть использовано для предупреждения загрязнений воды водоемов сточными водами, содержащими синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), используемые для изготовления синтетических моющих средств (СМС).

В последнее время наблюдаются изменения климатических условий, обусловленные снижением количества осадков в различных регионах планеты, что приводит к уменьшению дебита водных ресурсов в реках России. Так, существенно снизился водосток в реках Волге, Урале, Днепре и др. Вода в реках не успевает самоочищаться. Особенно это ощущается в реке Волга, в которую сбрасываются недостаточно очищенные промышленные и бытовые стоки, разделенной 9-ю плотинами. В письме НИИ ЦЭПП №07-115/199 от 23.03.2018 г. также сообщается о загрязнениях реки Волга ПАВами, имеющими очень низкие ПДК, что представляет опасность для человека и окружающей среды. Аналогичные загрязнения поверхностных вод ПАВами наблюдаются в других реках России и странах СНГ. Причинами этого являются - значительный износ очистных сооружений, применение устаревших технологий очистки сточных вод, сброс в канализационные сооружения загрязненных стоков городских промышленных предприятий, а также пониженные требования к биоразлагаемости ПАВ, используемых в производстве наиболее массовой категории синтетических моющих средств (СМС) и товаров бытовой химии (ТБХ) для быта.

В процессе биоразложения ПАВ в водных объектах под воздействием активного ила - в первую очередь происходит гидролиз гидрофильной части молекул ПАВ, а затем - потребление молекул ПАВ активным илом в качестве источника роста и питания, о чем свидетельствует снижение концентрации общего органического углерода в сточной воде в процессе их биоразложения, например, после адаптации, по сравнению с контролем снижение с ≈ 90 мгО/дм3 до 2-3 мгО/дм3. Постановлением Европейского Парламента и Совета от 31 марта 2004 г. «О детергентах» (648/2004/ЕС) регламентированы требования к полной биоразлагаемости всех классов ПАВ (АПАВ, НПАВ, АмфПАВ и КПАВ), используемых в производстве СМС и ТБХ в странах ЕС [интернет-ссылка: https://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=INT&n=58376&ysclid=lub14v0jby799609328#ysU4J8UQOxlJLVa01].

Степень полного биоразложения рекомендовано ≥70 % по ХПК или ≥ 60% по выделению СО2. Указанные требования к ПАВ использованы разработчиками Технического регламента Таможенного союза «О безопасности синтетических моющих средств и товаров бытовой химии» и включены в него. При выполнении указанных Рекомендаций в очищенной сточной воде, даже после биологических очистных сооружений, остается более 20% не биоассимилировавшихся ПАВ, загрязняющих водные объекты, которые накапливаются в воде водоемов, что обуславливает их загрязненность.

Техническая задача - разработка состава синтетических поверхностно-активных веществ используемых для изготовления синтетических моющих средств с повышенной биоразлагаемостью.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного способа - повышение биоразлагаемости синтетических поверхностно-активных веществ для изготовления синтетических моющих средств, за счет повышения содержания высших гомологов С14-С12 для прямоцепочных алкилов в отбираемых для производства СМС образцах ПАВ, обеспечивающее получение ПАВ с Тинд не более 6 сут, и полной биоразлагаемостью Х²⁸_полн не менее 95% , что позволит предотвращать загрязнения водных объектов, даже если стоки попадают в водоемы, минуя очистные сооружения.

Известно, что промышленные ПАВ, используемые в производстве СМС и ТБХ представляют собой не одно соединение, а смесь гомологов, которые имеют в зависимости от величины гидрофобного радикала, различные способности как моющей способности, так и биоразлагаемости. Обычно гомологи фракции С10 уже не моют и к тому же не способны биоразлагаться, и тем самым загрязняют сточные воды.

Поэтому в качестве наиболее эффективного приема для снижения загрязненности стоков может быть организация производства СМС и ТБХ на основе «быстро и умеренно разлагаемых» ПАВ (ГОСТ 32509-2013) с продолжительностью адаптации ила к ПАВ Т_инд не более 6 сут. Это позволит достичь максимума изъятия ПАВ из стоков микробным сообществом активного ила в системах канализации в течение 6-7 суток, даже если стоки попадают в водоемы, минуя очистные сооружения.

Заявленное техническое решение позволяет оптимизировать фракционный состав ПАВ, что бы они стали «быстро и умеренно разлагаемыми». Неожиданно было установлено, что предложенный оптимизированный состав ПАВ, включающий гомологи с показателями биоразлагаемости Т_инд не более 6 сут, и Х^Тинд_пол - полной биоразлагаемостью в момент Т_инд более 90% позволяет достичь показателей Т_инд порядка 3 суток и полной биоразлагаемостью Х²⁸_полн = 92-95%.

Заявленный состав синтетических поверхностно-активных веществ включает смесь гомологов в следующем соотношении (масс.%):

С14 - 70 ± 3;

С13 - 22±3;

С12 - остальное.

При этом отбор гомологов в указанных соотношениях может быть осуществлен известными способами дистилляции или ректификации широких фракций С20-С10 на стадии подготовки сырья, либо смешением фракций гомологов С14-С12.

Сущность изобретения заключается в том, что нами установлено, что сорбция ПАВ является первичным актом процесса биоразложения ПАВ активным илом, следовательно, согласно правилу Дюкло-Траубе, при удлинении углеводородной цепи в молекуле ПАВ возрастает ее гидрофобная часть, то есть снижается полярность молекулы, в результате гомологи ПАВ биоразлагаются поочередно от максимального до низших в соответствии с их способностями к адсорбции активным илом. Так, например, высший гомолог С14 максимально адсорбируется выше 95 масс.% , гомолог С13 до 25 масс.% и гомолог С12 - на 10 масс.%. А гомолог С11 - практически не сорбируется, следовательно, не биоразлагается, и попадает в водоемы после биологических очистных сооружений без изменений. Поэтому выбранный состав ПАВ должен содержать не более трех гидрофобных гомологов фракции С14-С12 с показателями биоразлагаемости Т_инд не более 6 сут, и Х^Тинд_пол - полной биоразлагаемостью в момент Т_инд более 85% в следующем соотношении (масс.%):

С14 - 70 ± 3;

С13 - 22±3;

С11 и ниже - 0-0,5;

С12 - остальное.

Минимальное, ниже 0,5% содержание четвертого гомолога С11 или последующих низших гомологов ПАВ, не влияет на достижение заявленных показателей.

Примеры осуществимости заявленного изобретения.

В РФ определение показателей биоразлагаемости ПАВ в аэробных условиях с активным илом (ГОСТ32509-2013) проводят с использованием двух модельных аэротенков (контрольного и опытного), функционирующих в непрерывном проточном режиме, который соответствует режимам нормальным условиям работы биологических очистных сооружений. В аэротенки загружают неадаптированный активный ил (2,7±0,3 г/л), специально культивируемый на синтетической сточной воде (ССВ) унифицированного состава. После стабилизации работы аэротенков в опытный аэротенк в течение последующего 28-суточного периода вводят ПАВ или ПАВ-содержащий состав с постоянной массовой концентрацией (СПАВ_вх = const), а в контрольный аэротенк - только синтетическая сточная вода (ССВ). В ходе определения периодически измеряют в очищенной воде из опытного аэротенка остаточное содержание ПАВ, анализируя химическое потребление кислорода (ХПК_вых), а в очищенной сточной воде контрольного аэротенка - ХПК_{вых(конт)}. По результатам анализов очищенной сточной воды строят временные зависимости процесса биоразложения ∆ХПК_вых = f(t). А из временных зависимостей вычисляют показатели биоразлагаемости:

- продолжительность индукционного периода Т_инд, сут, в течение которого неадаптированный активный ил адаптируется к испытуемому ПАВ или ПАВ-содержащему составу;

- степень полного биоразложения ПАВ Х^Тинд_полн (масс.%) неадаптированным активным илом до достижения адаптации по формуле:

Х^Тинд_полн= (ХПК_вх- ХПК _вых) / (ХПК_вых-ХПК_конт).

Пример 1.

Вышеуказанным способом были проведены испытания предложенного состава из синтетических высших жирных спиртов гомологов алкилсульфатов натрия фракции С12, С13, С14, полученных через синтетические высшие кислоты из парафина в процессе ректификации широких фракций С20-С10 путем отбора гомологов в следующем соотношении (масс.%):

С14 - 70 ± 3;

С13 - 22±3;

С12 - остальное.

Пример 2.

Вышеуказанным способом были проведены испытания предложенного состава синтетических гомологов альфа-олефинсульфонатов фракции С12-С14 , полученных из а-олефинов путем смешения гомологов С14-С12 с получением смеси гомологов, содержащей (масс.%):

С14 - 70 ± 3;

С13 - 22±3;

С12 - остальное.

Пример 3.Вышеуказанным способом были проведены испытания предложенного состава синтетических гомологов альфа-олефинсульфонатов фракции С12-С14 , полученных из а-олефинов путем смешения гомологов С14-С12 с получением смеси гомологов, содержащей (масс.%):

С14 - 70 ± 3;

С13 - 22±3;

С11 и ниже - 0,5;

С12 - остальное.

Сравнение показателей биоразлагаемости некоторых распространенных ПАВ, соответствующих Требованиям к ПАВ для аСМС и ТБХ ГОСТ 32479-2013 (Постановление ЕСиП 31.03.2004 «О детергентах» 648/2004/ЕС) с полной биоразлагаемость за 28 суток не менее 70% и предложенных составов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение показателей биоразлагаемости.

Как следует из данных табл. 1, использование предложенных составов ПАВ позволяет повысить их биоразлагаемость, что благоприятно сказывается на чистоте воды в водоемах, так как достигается полная биоразлагаемость ПАВ Х²⁸_полн более 90% в два раза быстрее, чем в примере 1 и почти в 3 раза по примеру 2 и 3.

Таким образом, за счет отбора в состав СМС таких СПАВ способных быстро за 1-3 суток адаптировать ил, который затем потребляет СПАВ на 90-95%, заявленный технический результат достигнут.

Изобретение относится к синтетическим моющим средствам. Состав синтетических моющих средств на основе синтетических поверхностно-активных веществ содержит гомологи С14, С13, С12 с показателями биоразлагаемости Т_инд не более 6 сут и полной биоразлагаемости Х^Тинд_пол в момент Т_инд более 85% в следующем соотношении (мас.%): С14 - 70±3; С13 - 22±3; С11 и ниже - 0-0,5; С12 - остальное. Изобретение обеспечивает предупреждение загрязнения воды водоемов сточными водами, содержащими синтетические поверхностно-активные вещества. 1 табл., 3 пр.

Состав синтетических моющих средств на основе синтетических поверхностно-активных веществ, содержащий гомологи С14, С13, С12 с показателями биоразлагаемости Т_инд не более 6 сут и полной биоразлагаемости Х^Тинд_пол в момент Т_инд более 85% в следующем соотношении (мас.%): С14 - 70±3; С13 - 22±3; С11 и ниже - 0-0,5; С12 - остальное.