Визначено щільність, пористість, сумарний об'єм пор і обмінна ємність мінеральних сорбентів з кліноптілолітовой і монтмориллонитовій структурними складовими. Досліджено зміни морфології поверхні сорбентів. Вивчено сорбцію формальдегіду з водного розчину на природних і модифікованих сірчаною кислотою, поліметілорганосілоксаном і поліетілорганосілоксаном алюмосилікатах. встановлено збільшення адсорбції формальдегіду з водного розчину на модифікованих зразках. Показано, що для адсорбції формальдегіду з водного середовища найбільш ефективно використовувати кислотну активацію сорбентів. при модифікації адсорбентів органосилоксанов відбувається виборче взаємодія однорідної гидрофобизированной поверхні з молекулами формальдегіду

Анотація наукової статті з хімічних наук, автор наукової роботи - Стрельникова О. Ю., Бельчінская Л. І., Ходосова Н. А.


Область наук:
  • хімічні науки
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Наукові відомості Бєлгородського державного університету. Серія: Природничі науки

    Наукова стаття на тему 'Адсорбція формальдегіду з водного розчину на природних і модифікованих мінеральних сорбентах'

    Текст наукової роботи на тему «Адсорбція формальдегіду з водного розчину на природних і модифікованих мінеральних сорбентах»

    ?УДК 544.723

    АДСОРБЦІЯ ФОРМАЛЬДЕГІДУ З ВОДНОГО РОЗЧИНУ НА ПРИРОДНИХ І МОДИФІКОВАНИХ МІНЕРАЛЬНИХ сорбенту 1

    О.Ю. Стрельникова Л. І. Бельчінская Н.А. Ходосова

    Воронезька державна лісотехнічна академія Росія, 394613, м Воронеж, вул. Тімірязєва, 8 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Визначено щільність, пористість, сумарний об'єм пор і обмінна ємність мінеральних сорбентів з кліноптілолітовой і монтмориллонитовій структурними складовими. Досліджено зміни морфології поверхні сорбентів. Вивчено сорбцію формальдегіду з водного розчину на природних і модифікованих сірчаною кислотою, поліметілорганосілоксаном і поліетілорга-носілоксаном алюмосилікатах. Встановлено збільшення адсорбції формальдегіду з водного розчину на модифікованих зразках. Показано, що для адсорбції формальдегіду з водного середовища найбільш ефективно використовувати кислотну активацію сорбентів. При модифікації адсорбентів органосилоксанов відбувається виборче взаємодія однорідної гидрофобизированной поверхні з молекулами формальдегіду.

    Ключові слова: клиноптилоліт, монтморилоніт, формальдегід, модифікація, адсорбція.

    Вступ

    Діяльність деревообробних і меблевих підприємств супроводжується утворенням великої кількості стічних вод, газових викидів та твердих відходів, в яких присутні високотоксичні забруднювачі, такі як, формальдегід, стирол, толуол і ін. Для очищення стічних вод від цих органічних речовин застосовуються різні сорбенти. Адсорбційні властивості природних і штучних сорбентів істотно поліпшуються при проведенні попередньої термічної або реагентної активації [1, 2]. Завданням даної роботи стало модифікування природних алюмосилікатів розчинами сірчаної кислоти, поліметілсілоксана, полі-етілсілоксана і вивчення адсорбції формальдегіду з водного розчину на отриманих зразках.

    Об'єкти і методи дослідження

    З метою визначення ефективного поглинача формальдегіду досліджувалися сорбенти: 1) шаруватий мінерал з 95% монтмориллонита (М95); 2) каркасний цеоліт з 95% кліноптілоліта (К95); 3) зразок, що містить 45% монтмориллонита і 20% кліноптілоліта (М45К20), і зразки, модифіковані сірчаною кислотою, по-ліметілсілоксаном (ПМС), поліетілсілоксаном (ВЕЗ).

    Кислотну обробку мінералів здійснювали в 2.33 М розчині сірчаної кислоти, взятої в співвідношенні мінерал: кислота - 1: 4. Адсорбент з фракцією зерен менш 0.25 мм заливали розчином кислоти і нагрівали при температурі 373 К протягом 6 годин, потім промивали дистильованою водою до рН = 5 і фільтрували, осад висушували при температурі 383 ° К до постійної маси.

    Модифікування сорбентів органосилоксанов здійснювалося за методикою [3]. Зразки поміщали в колбу і заливали розчином органосілоксана в толуолі в співвідношенні 1: 4. Колбу нагрівали при температурі 353-373 ° К протягом 6 годин, потім осад висушували при температурі 383 ° К до постійної маси.

    Для визначення величини адсорбції формальдегіду з водного розчину до навішування адсорбенту доливали розчин формальдегіду з відомою концентрацією і

    1 Робота виконана в рамках держконтракту № 14.740.11.0956.

    витримували 1 годину. Потім розчин фільтрували і визначали концентрацію формальдегіду сульфітним методом [1].

    Зміни морфології поверхні сорбентів при їх модифікації визначали на скануючому електронному мікроскопі ^ М-6380 Ьу.

    Визначення дійсної і уявної щільності проводили пикнометрическим методом. Пористість і сумарний об'єм пор сорбенту розраховували за значеннями істинною та позірної щільності [4].

    Визначення ионообменной ємності мінералів здійснювали за сумою витіснених з неї обмінних катіонів. До навішуванні аналізованого сорбенту 0,20 г доливали 200 мл 0,5 М розчину N ^ 01. Після досягнення рівноваги (3 години) розчин відокремлювали від частинок мінералу фільтруванням і аналізували на вміст іонів № +, К +, Са2 +, Mg2 + в рівноважному розчині. Визначення змісту іонів натрію і калію проводили методом полум'яної фотометрії, визначення змісту іонів кальцію і магнію - методом комплексонометрії. Іони міді визначали методом добавок. До проби додають 10.0 мл ацетатного буфера (рН = 5.5), вносять індикатор ксіліноновий помаранчевий. Титрування проводять від бордово-фіолетового кольору до появи жовто-зеленого забарвлення.

    Обговорення результатів

    Для досліджуваних природних мінералів визначені основні параметри, що характеризують сорбційні і іонообмінні властивості сорбентів (табл.).

    Таблиця

    Адсорбционно-структурні та іонообмінні характеристики природних мінералів

    параметр Сорбент

    М95 К95 Про рах 5

    Щільність (кг / см3) -насипная 0.60 1.16 1.10

    -удавана 1.24 1.79 3.143

    -справжня 2.75 2.8 4.30

    Пористість (%) 36.70 57.92 26.91

    Сумарний обсяг пір (см3 / г) 0.20 0.44 0.09

    Іони N<3+, ммоль / г 0.087 0.069 0.104

    Іони К +, ммоль / г 0.012 0.420 0.025

    Іони Са2 +, ммоль / г 0.360 0.700 1.150

    Іони Мд2 +, мммоль / г 0.560 0.500 0.625

    Іони Си2 +, мммоль / г 0.097 0.067 0.062

    Загальна обмінна ємність, ммоль / г 1.116 1.757 1.966

    Особливості структури та катіонообменной ємності відображаються на сорбционном поведінці природних алюмосилікатів.

    Отримано ізотерми адсорбції формальдегіду з водних розчинів для природних зразків, представлені на рис. 1. Ізотерми адсорбції формальдегіду на природних сорбентах мають опуклу форму і описуються рівнянням Ленгмюра.

    При використанні природних алюмосилікатів адсорбція формальдегіду з водного розчину максимальна для зразка з 95% кліноптілоліта, найменша - з 95% монтмориллонита. Висока сорбція формальдегіду обумовлена ​​більшою пористістю і чисельною перевагою обмінних катіонів в зразку К95 (див. Табл.). Велика адсорбція формальдегіду на зразку М45К20, в порівнянні з М95, ймовірно обумовлена ​​превалюванням ионообменного механізму сорбції (мінерал М45К 20 володіє найбільшою повною обмінної ємністю - див. Табл.).

    На рис. 2 представлені ізотерми адсорбції формальдегіду з водних розчинів для природних і модифікованих сірчаною кислотою сорбентів.

    Значення сорбційної ємності по формальдегіду на кіслотномодіфіціро-ванних сорбентах вище, ніж на природних зразках: максимальна адсорбція формальдегіду зростає для зразків К95 і М45К20 в 2 рази, для М95 - в 7 разів. Велика сорбція формальдегіду на мінералах, модифікованих сірчаною кислотою, пов'язана з декатіонірованіем сорбентів, переходом їх в водневу форму і якісною зміною Катіонообменная комплексу [1].

    -І ---------------------------------------- 1-1-1-1- 1 С, моль / л

    0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

    Мал. 1. Ізотерми адсорбції формальдегіду на природних сорбентах: 1 - К95; 2 - М45К20; 3 - М95

    0,05

    0,1

    0,15

    0,2

    0,25

    1

    2

    3

    и

    0,3

    0,35

    С, моль / л

    1

    2

    3

    0

    Мал. 2. Ізотерми адсорбції формальдегіду з водного середовища на сорбентах: 1 - природний К95;

    1 * - кіслотноактівірованний К95; 2 - природний М45К20; 2 * - кіслотноактівірованний М45К20; 3 - природний М95; 3 * - кіслотноактівірованний М95

    Кислотна активація призводить також до збільшення пористості зразків і зміни морфології поверхні сорбентів (рис. 3). Спостерігається збільшення розмірів пір зразків. Найбільший вплив кислотна обробка надає на зразок з 95% монтмориллонита.

    20 до і Х5 »000 5МТ 0813 13 39 вЕI

    а б

    3

    Мал. 3. Фотографії поверхні зразків: 1 - М95, 2 - К95, 3 - М45К20; а) природний; б) модифікований сірчаною кислотою

    Залежність величини адсорбції формальдегіду на природному і модифікованих ПМС і ПЕС мінералах, на прикладі М45К2о, від рівноважної концентрації в розчині представлені на рис. 4.

    Модифікація зразка алюмосилікат органосилоксанов сприяє зростанню максимальної сорбції формальдегіду на 15-20%.

    При заміні в органосилоксанов метильної групи на етильну щільність щеплення зменшується, що обумовлено стерическое труднощами. Внаслідок стер-чеський несумісності етільний груп силоксанових ланцюга етілсілоксанов розсуваються на більшу відстань, ніж в метілсілоксанах (більш значна перешкода щільною упаковці ланцюгів надає С2 - ^ - група). Зі зменшенням щільності щеплення модифікатора сорбція формальдегіду більш істотно зростає на мінералі, модифікованому поліетілорганосілоксаном.

    а, мг / г

    Рис.4. Ізотерми адсорбції формальдегіду на природному М45К20 (1); модифікованому ПМС

    (2); модифікованому ПЕС (3)

    б

    1

    б

    2

    а б

    3

    Рис 5. Фотографії поверхні зразків: 1 - М95, 2 - К95, 3 |

    ваних ПМС; в) модифікований ПЕС

    М45К20; а) природний; б) моди-

    а

    в

    а

    в

    в

    Зміна морфології поверхні сорбентів (рис. 5) свідчить про зміну структури сорбентів в результаті модифікації органосилоксанов, що полягає в зменшенні дисперсності зразків за рахунок укрупнення частинок і гідро-фобізаціі поверхні [5].

    висновок

    На підставі отриманих адсорбционно-структурних характеристик встановлено перевагу структури і хімічного складу природного кліноптілоліта при адсорбції формальдегіду з водного середовища, він має більший сумарний об'єм пор і володіє більш значною повної обмінної ємністю.

    Поглинання формальдегіду з рідкої фази посилюється при кислотною активації сорбентів, в результаті якої відбувається якісна зміна Катіонообменная комплексу за рахунок переходу мінералів в водневу форму, що супроводжується збільшенням розмірів пір зразків.

    Освіта однорідної гидрофобизированной поверхні при модифікації природних мінералів розчинами органосилоксанов призводить до вибіркової адсорбції формальдегіду в системі формальдегід - вода.

    Список літератури

    1. Бельчінская Л.І. Природоохоронні технології знешкодження та утилізації відходів меблевих виробництв. - Воронеж: Воронеж. держ. лесотехн. акад., 2002. - 210 с.

    2. Тарасевич Ю.І. Природні сорбенти в процесі очищення води. - Київ: Наук. думка, 1981. - 207 с.

    3. Експериментальні методи в адсорбції та молекулярної хроматографії / Под ред. А.В. Кисельова і В.П. Древінг. - М .: Изд-во МГУ, 1973. - 447 с.

    4. Вяхірєв Д.А., Шушунова А.Ф. Керівництво по газової хроматографії. - М .: Вища. шк., 1987. - 335 с.

    5. Бельчінская Л.І., Стрельникова О.Ю., Новікова Л.О., Ресснер Ф., Воіщева О.В. Підвищення адсорбційної селективності нанопористого кліноптілоліта при гідрофобізації органосилоксанов // Физикохимия поверхні і захист матеріалів. - 2008. - Т. 44. -№ 4. - С. 419-422.

    ADSORPTION OF FORMALDEHYDE FROM AQUEOUS SOLUTION ON NATURAL AND MODIFIED MINERAL SORBENTS

    Density, porosity, total pore volume and the exchange capacity of mineral sorbents with klinoptilolite and montmorillonite structural components were determined. The changes of surface morphology of sorbents were investigated. Sorption of formaldehyde from aqueous solution on natural and modified with sulfuric acid, polimetilorganosiloksanе and polietilorganosiloksanе aluminosilicates was studied. The increase in the adsorption of formaldehyde from aqueous solution on modified samples was found. It was shown that for the adsorption of formaldehyde from an aqueous environment, the most effective is the use of the acid activation of sorbents. The increase of adsorption of formaldehyde from a water solution on a surface adsorbents of the modified organosiloksane occurs due to the selective interaction of homogeneous hygrophobic surface with molecules of formaldehyde.

    Key words: clinoptilolite, montmorillonite, formaldehyde, modification, adsorption.

    O.Yu. Strelnikova L.I. Belchinskaya N.A. Khodosova

    Voronezh State Academy of Forestry

    Engineering

    Timirjazeva St. 8,

    Voronezh, 394613, Russia

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.


    Ключові слова: клиноптилоліт / монтморилоніт / формальдегід / МОДИФІКАЦІЯ / АДСОРБЦІЯ

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити