Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Полещук И.Н. 1 Малышкина В.В. 1

---

1 Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

Исследован процесс адсорбции катионов цинка из водных растворов на природном минеральном сорбенте каолините и его модифицированных форм в статических условиях. Получены количественные характеристики процесса сорбции катионов цинка. Установлено, что модифицированные формы природного каолинита обладают большей величиной сорбируемости к ионам цинка Проведенные исследования позволяют рекомендовать модифицированные формы сорбента на основе каолинита для очистки водных растворов от тяжелых металлов.

Статья в формате PDF

1223 KB

адсорбция

природный сорбент

катионы цинка

модификация

каолинит

статические условия

изотерма сорбции

1. Большаков А.А., Вялкова Е.И. Природные минералы Тюменской области: свойства и перспективы использования в процессе очистки воды. – СПб.: Недра, 2005. – 128 с.

2. Калюкова Е.Н., Иванская Н.Н. Адсорбционные свойства некоторых природных сорбентов по отношению к катионам хрома (II) // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2011. – Т. 11, Вып. 4. – С. 496–501.

3. Копылова В.Д., Астанина А.Н. Ионитные комплексы в катализе. – М.: Химия, 1987. – 192 с.

4. Основы аналитической химии. Практическое руководство: учебное пособие для вузов / Под ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высшая школа. 2001. – 463 с.

5. Полещук И.Н., Пимнева Л.А. Cорбционный способ извлечения тяжёлых металлов из сточных вод// Международная научно-практическая конференция «Водные и лесные ресурсы России: проблемы и перспективы использования, социальная значимость». – Пенза, 2009. – С. 37–40.

6. Полещук И.Н., Пимнева Л.А. Исследование сорбции меди, бария, иттрия фосфорнокислыми катионитами из солянокислых растворов // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2006. – Т. 6, Вып. 6, ч. 1. – С. 1247–1251.

7. Полещук И.Н., Пимнева Л.А. Ионообменное равновесие на фосфорнокислых катионитах в хлоридных растворах // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2004. – Т. 4, Вып. 6, ч. 1. – С. 769–774.

8. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. – Л.: Химия, 1982. – 168 с.

9. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессе очистки воды. – Киев: Наукова думка, 1981. – 208 с.

Сточные и промывные воды гальванического производства промышленных предприятий содержат в своем составе ионы тяжелых металлов – Fe, Cu, Cr, Pb, Zn, Ni, Cd. Cоединения тяжелых металлов вредно влияют на экосистему: водоем – почва – растения – животный мир – человек. Некоторые соединения способны погубить микроорганизмы очистных сооружений, а также замедлить процессы биологической очистки сточных вод.

Существуют различные способы очистки воды от катионов тяжелых металлов. Наиболее распространенным является сорбционная технология очистки сточных вод [5]. В качестве сорбентов используют различные искусственные и природные пористые материалы, имеющие развитую и специфическую поверхность. Все большее применение находят природные минеральные сорбенты в силу их относительно низкой стоимости и широкого распространения [1, 2, 9]. В Тюменской области содержится значительный запас легкоплавных глин, используемых для производства строительных материалов.

Целью работы является изучение сорбционной активности каолинита по отношению к ионам цинка.

Процесс ионного обмена на пористых сорбентах является сложным и многостадийным [3, 6]. На сорбционную способность каолинита влияет природа их обменного комплекса. В результате замены одних ионов на другие можно изменять свойства поверхности каолинита.

Природный каолинит представляет собой равномерное распределение высокодисперсных кристаллических силикатных частиц. Кристаллическая решетка состоит из двухслойных пакетов, в которых на одну сетку октаэдров приходится одна сетка кремнекислородных тетраэдров. Расстояние между тетраэдрическими и октаэдрическими слоями постоянно и равно 0,28 нм. Расстояние между пакетами составляет 0,72 нм. Кристаллики каолинита имеют вид хорошо выраженных шестиугольников размером до 0,3–0,4 мкм и толщиной 0,05–2,00 мкм, что соответствует удельной поверхности 1–22 м²/г.

Материалы и методы исследования

Для изучения процесса сорбции использовали 4 формы сорбента (каолинита): природный минерал; каолинит, обработанный: НCl (H-форма); NaCl (Na-форма) и NaOH (OH-форма). Химически модифицированные формы каолинита получали путем приведения в контакт природного сорбента с растворами соляной кислоты, гидроксида натрия и хлорида натрия в течение пяти суток при периодическом перемешивании.

Сорбцию катионов цинка изучали в статических условиях из нитратных растворов методом переменных концентраций [7]. Сорбционный эксперимент проводили из серии стандартных растворов, содержащих исследуемый ион металла от 0,1 до 1 моль/л. Сорбент в контакте с исследуемым раствором выдерживали в течение 5 суток при периодическом перемешивании. Эксперименты проводили при температуре (20 ± 2) °С. Соотношение «сорбент – раствор» составляло 1:100. Исходное и равновесное содержание ионов цинка в растворах определяли комплексонометрическим титрованием с индикатором эриохром черный Т в среде аммиачного буфера [4].

Результаты исследования и их обсуждение

О сорбционных свойствах каолинита можно судить по изотермам, характеризующим зависимость сорбционной способности от концентрации ионов цинка в растворах. Количественная адсорбция (Г) определяется избытком ионов на границе фаз по сравнению с равновесным количеством данных ионов в растворе. Экспериментально величину адсорбции ионов цинка вычисляли по уравнению:

где С_исх. и С_равн. – исходная и равновесная концентрация ионов цинка, ммоль/мл; V – объем раствора, мл; m – масса сорбента (каолинита), г.

а)

б)

Изотермы сорбции катионов цинка на различных формах каолинита в зависимости от (а) – концентрации исходного раствора, (б) – равновесной концентрации

По полученным данным строили изотермы адсорбции, которые дают основные сведения о сорбционных свойствах материала и характере сорбции на нем исследуемого вещества (рисунок).

Изотермы, полученные при сорбции ионов цинка на природном каолините, по внешнему виду похожи и по классификации БЭТ напоминают изотерму IV-a типа, которая характерна для сорбента со смешанной структурой [8].

Экспериментальные данные показывают, что модифицированные формы природного каолинита приводят к увеличению сорбируемости ионов цинка. С повышением равновесной концентрации удельная сорбция возрастает на всех изотермах и наблюдается перегиб, указывающий либо на изменение механизма, либо на наличие в сорбенте различных энергетически или пространственно доступных активных центров. При образовании исходных растворов нитратов цинка возможно протекание гидратообразования с выделением плохо растворимого гидроксида, а также гидролиз катионов цинка. Оба эффекта способны оказывать влияние на результаты сорбции.

Заключение

Исследуемый сорбент (каолинит) по величине обменной емкости близок к синтетическим органическим ионитам. Химическая модификация каолинита является эффективным способом повышения его сорбционной способности. Это позволяет предположить использование каолинита для очистки воды от ионов цинка, а также других тяжелых металлов.

Библиографическая ссылка