Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ПРИРОДНАЯ ОПОКА В АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКЕ

Авторы:
Город:
Саратов
ВУЗ:
Дата:
09 марта 2016г.

Сточные воды химических предприятий загрязнены различными веществами и примесями, в том числе ионами тяжѐлых металлов, которые представляют большую опасность для биосферы и здоровья людей. В связи с этим актуальным является проблема очистки сточных вод. [1]. Так как многие примеси не извлекаются из воды механически, не нейтрализуются при биологической очистке, не удаляются коагуляцией, флотацией, отстаиванием, то поэтому вводят наиболее эффективный адсорбционный метод, который позволяет удалять загрязнения до требуемого уровня. Достоинства этого метода: очистка до ПДК, возможность совместного удаления различных по природе примесей. Адсорбционная очистка сточных вод может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при которой извлечѐнные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбентом. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80-95% и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и еѐ доступности, от химического строения вещества  и его состояния в растворе [2]. При этом особое внимание уделяется сорбционным системам, где в качестве сорбентов используются природные минералы различного происхождения и структуры [3].

Многие годы исследователи уделяют большое внимание дисперсным кремнезѐмам как сорбентам и носителям катализаторов широкого спектра применения. В связи с их высокими адсорбционными, ионообменными и фильтрационными свойствами, появлением методов регулирования их геометрической структуры и химической природы поверхности, наличием крупных промышленных месторождений целесообразно использование природных минералов в водоочистке [4].

В настоящее время среди дисперсных кремнезѐмов значительное место занимает природная опока, обладающая существенной адсорбционной способностью. Выбор объекта исследования обусловлен высокой прочностью при высокой пористости, достаточной механической прочностью, неразмокаемостью в воде, дешевизной, что делает экологически и экономически выгодным использование этого природного сорбента в процессах очистки сточных вод.

Опоки являются природными полиминеральными образованиями, чем обуславливается их химическая и геометрическая неоднородность, наличие в их структуре как зѐрен различных размеров, так и участков с различной плотностью. Они представляют собой природный дисперсный кремнезѐм, который содержит 45–50% полигенного кремнезѐма, 40 - 45% глинистого вещества, а также кварц, полевые шпаты, глауконит, цеолиты в виде примесей [1]. Химический состав опоки приведѐн в Табл.1.


Таблица 1

Химический состав опок


Опока Саратовской области

Компоненты

Масс. %

SiO2

82-83

Al2O3

4-5

Fe2O3

4

CaO

0,5

MgO

0,5

В данной работе исследована возможность применения опоки для очистки сточных вод промышленных предприятий от катионов меди (II), кобальта (II), кадмия.

У катионов металлов существует способность специфически адсорбироваться. Специфическая адсорбция является следствием образования донорно-акцепторной связи между катионом металла как акцептором электронной пары и активным центром поверхности как донором электронной пары.

Способность металла к такому виду адсорбции, т.е. возможность осуществления и свойства донорно- акцепторных связей с поверхностным ≡SiО-(≡SiOH) – лигандом и еѐ характер определяются количеством и величиной энергетических уровней его валентных орбиталей.

Так как вступающий во взаимодействие «лиганд» является ионогенной группой поверхности кремнезѐма, несущей большой суммарный заряд, то реакциям поверхностного комплексообразования предшествует возникновение ионных пар или внешнесферных комплексов.

Изотермы адсорбции ионов Cu2+ и Co2+ на дисперсном кремнезѐме – опоке в зависимости от равновесной

концентрации растворов, приведѐнные на Рисунке 1, имеют выпуклый характер, что свидетельствует о еѐ постоянной избирательности к сорбируемому иону. Вид изотерм адсорбции Cu (II) и Cd (II) соответствуют изотермам Лэнгмюра.

Рассчитанные из изотермы адсорбции (Рисунок 1, кривые 1 и 2) коэффициенты распределения Kd для ионов меди (II) и кадмия (II) невелики (для Cu2+ он составляет 0,03 г/л, а для иона кадмия – 0,01 г/л) (Табл.1). Однако эти величины позволяют судить о степени извлечения ионов в зависимости от сродства к кристаллической фазе опоки.

Из сравнения величин адсорбции ионов меди (II) и кадмия (II) на исследуемом сорбенте следует, что ион Cu2+ поглощается более селективно по сравнению с ионом Cd2+. Такое различие связано с тем, что электростатическое поле иона кадмия слабее, чем у иона меди(II). Ион меди (II), образуя аквакомплексы (в отличие от иона кадмия), проникает в мелкие поры сорбента вследствие небольшого радиуса иона Cu2+ (0,70 Å) и взаимодействует с электростатическим полем каркаса этого сорбента.


Таблица 1

Адсорбционные характеристики катионов металлов на опоке


Ионы металлов

а, моль/г

Kd, г/л

Е, %

Co2+

0,04±0,002

0,03±0,002

92

Cu2+

0,03±0,002

0,02±0,002

62

Cd2+

0,01±0,002

0,01±0,002

20

Как известно, медь расположена в конце I ряда переходных металлов периодической таблицы Д.И. Менделеева и в состоянии Cu2+ имеет 3d94s0-электронную конфигурацию, т. е. почти заполненный 3d- подуровень. Вместе с тем в водных растворах Cu (II) выступает довольно активным комплексообразователем и наряду с объѐмными лигандами она способна координировать и поверхностные ≡SiО-(≡SiOH)-группы, т. е. специфически адсорбироваться.

Для иона Co2+ на природном сорбенте – опоке изотерма имеет S-образный характер, свидетельствующий о смещении равновесия с увеличением доли кобальта (II) в фазе опоки.

Как  видно  из  Рисунка  1  (кривая  3),  ионы  Co2+,  в  отличие  от  остальных  ионов  металлов, продемонстрировали наиболее сильную способность к специфическому взаимодействию с сорбентом

Таким образом, по проведѐнным систематическим исследованиям адсорбционных свойств опоки в очистке сточных вод промышленных предприятий от катионов Cu2+, Cd2+, Co2+ можно сделать вывод, что в статических условиях адсорбции наибольшая степень извлечения (92 %) достигнута для иона Co2+ .

 

Список литературы

1.     Кондрашова А.В. Сорбция  катионов металлов на природной опоке // Сборник материалов  Всеросс. научно - практ. конф. «Вавиловские чтения». Саратов: ООО Изд-во «КУБ и К», 2009. С. 33-35.

2.     Кондрашова  А.В.  Очистка  сточных  вод  адсорбционным  методом  //  Современные  проблемы теоретической и экспериментальной химии. Саратов: Научная книга, 2004. С.195-197.

3.     Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки сточных вод. Киев: Наук. думка, 1981. 208 с.

4.     Никифоров И.А., Кузьмина Р.И. Дисперсный кремнезѐм: сорбент и катализатор // Катализ в нефтехимии и экологии / Под ред. В.П. Севостьянова. Саратов: СГАП, 1999. С. 135-143.