В роботі розглядається використання природних глин родовищ Казахстану в якості основи для отримання адсорбентів при вилучень забруднень з водних розчинів. Вивчався вплив рН, часу контакту і концентрацій модельних розчинів важких (Ni (II)) металів на величину адсорбції. Максимальне видалення іонів нікелю було досягнуто при використанні адсорбенту на основі глини Акжарского родовища.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Мадімарова Г.Б., Цой І.Г., Амантай? изи А., Масалімова Б.К.


The paper considers the use of natural clays deposits of Kazakhstan as a basis for obtaining adsorbents in the removal of contaminants from aqueous solutions. The influence of pH, contact time and concentrations of model solutions of heavy (Ni (II)) metals on the adsorption value was studied. The maximum removal of Nickel ions was achieved by using an adsorbent based on the clay of the Akzhar Deposit.


Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Євразійський Союз Вчених

    Наукова стаття на тему 'адсорбенти НА ОСНОВІ ГЛИН Жамбилська область ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД'

    Текст наукової роботи на тему «адсорбенти НА ОСНОВІ ГЛИН Жамбилська область ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД»

    ?8. Y.-S. Kim, J.-H. Shina, Y.-S. Choia, W. Lee, Y.-I. Lee, Microchemical Journal, 2001 - V. 68 - Р. 99 -107.

    9. J.S. Smith, K.T. Valsaraj, The promise of Solvent Sublation, Chem. Eng. Progress, 1998 - V.94 - N. 5 - Р. 69 -76.

    10. С.В. Тимофєєв, Е.А. Матерова, Л.К. Архангельський, Вісник ЛДУ. сер.

    Фіз. Хімія, 1978 - № 16 - Вип. 3 - С. 139-141.

    Адсорбенти НА ОСНОВІ ГЛИН Жамбилська область ДЛЯ ОЧИСТКИ

    СТІЧНИХ ВОД_

    Мадімарова Г. Б

    Магістр Тарг ім. МХДулаті,

    м Тараз Цой І.Г

    К.х.н .. доцент кафедри «Хімія і хімічна технологія», Таргу ім.М.Х.Дулаті,

    м Тараз Амантайцизи А Магістр Таргу імені МХДулаті,

    м Тараз Масалімова Б.К

    К.х.н .. зав.кафедри «Хімія і хімічна технологія», Таргу ім.МХДулаті,

    м Тараз

    АНОТАЦІЯ

    В роботі розглядається використання природних глин родовищ Казахстану в якості основи для отримання адсорбентів при вилучень забруднень з водних розчинів. Вивчався вплив рН, часу контакту і концентрацій модельних розчинів важких (Ni (II)) металів на величину адсорбції. Максимальне видалення іонів нікелю було досягнуто при використанні адсорбенту на основі глини Акжарского родовища.

    ABSTRACT

    The paper considers the use of natural clays deposits of Kazakhstan as a basis for obtaining adsorbents in the removal of contaminants from aqueous solutions. The influence of pH, contact time and concentrations of model solutions of heavy (Ni (II)) metals on the adsorption value was studied. The maximum removal of Nickel ions was achieved by using an adsorbent based on the clay of the Akzhar Deposit.

    Ключові слова: глина, адсорбція, важкі метали, стічні води

    Key words: clay, adsorbtion, heavy metals, wastewater

    1. Введення

    Нікель є одним з токсичних важких металів, що надходять в навколишнє середовище на надзвичайно високому рівні в результаті скидання стічних вод в гальванічних, гірничодобувних і акумуляторних виробництвах [1]. На сьогоднішній день людство стикається з серйозним глобальним водною кризою: один мільярд людей у ​​всьому світі не має доступу до чистої питної води, а більше 2 мільярдів людей не мають достатніх систем очищення води, що є основною причиною захворювань, що передаються через воду. Основними забруднюючими речовинами, що містяться в стічних водах підприємств маш-ностроенія, кольорової металургії та приладобудування, є іони важких металів. Важкі метали є пріоритетними забруднювачами, спостереження яких обов'язково у всіх середовищах. Перш за все, це метали, які найбільш забруднюють природу, представляють інтерес, оскільки вони використовуються в значних обсягах в виробничої діяльності, і в результаті накопичення в зовнішньому середовищі вони забезпечують серйозну відкритість з точки зору їх биологиче-

    ської активності та токсичних властивостей. Ці метали включають нікель (II), хром (II) і (VI), цинк (II), мідь (II), кадмій (II) та інші [2].

    Нікель існує у вигляді № (II) у водному розчині і викликає рак легенів, носа і кістки при високих концентраціях № (II) [3].

    Для регулювання неконтрольованого скидання цих небезпечних забруднювачів в стічних водах пропонуються нові і новітні технології очищення води. Кілька методів використовуються для видалення цих небезпечних забруднювачів, таких як хімічне осадження, випаровування, екстракція розчинником, іонний обмін, електрохімічна обробка і технології мембранної фільтрації. Однак ці методи не підходять для видалення при низьких концентраціях металів, які завдають шкоди навколишньому середовищу і життя. Процес адсорбції є підходящим методом видалення неорганічних і органічних забруднювачів зі стічних вод завдяки значним перевагам, таким як низька вартість, доступність, економічна ефективність, простота експлуатації, ефективність і результативність у порівнянні з іншими методами. Процес включає в себе відділення речовини від однієї фази і його накопичення на поверх-

    Євразійський Союз Вчених (ЕСУ) # 2 (59), 2019 ності. Цей метод простий у використанні і однаково ефективний при видаленні токсичних забруднювачів навіть при низьких концентраціях [4]. Ефективність і ефективність вилучення іонів кольорових, важких і рідкісних металів з стічних вод іонним обміном залежить від їх концентрації в воді, рН, загальної мінералізації води [5].

    Для видалення важких металів з стічних вод використовувалися різні недорогі адсорбенти, в тому числі бентоніт, серцевина кокоса, спучений Пертль, летюча зола, магніт, монтморилоніт, торф'яний мох і смектит [6-9]. Глини відомі як недорогий матеріал з більшою площею поверхні, що робить глини хорошими адсорбентами. Щоб збільшити її питому поверхню, глину можна активувати обробкою кислотою [6]. Ця робота присвячена адсорбції Ni (II), що використовується в якості типового токсичного важкого металу, на трьох глинистих матеріалах, отриманих з природної глини, видобутої на Казахстанському родовищі. Глину промили, активували соляною кислотою і поклали на стовпи. Потім ці матеріали були випробувані на адсорбцію Ni (II), і основні робочі умови процесу (завантаження адсорбенту, pH, час контакту і початкова концентрація Ni (II)) були оцінені з усіма приготованими глинами.

    2. Методика досліджень

    В якості сировини була взята природна глина з казахстанських родовищ Акжар (Жам-билская область). Потім три зразка були приготовлені з цієї натуральної глини. Першу і другу натуральні глини промили дистильованою водою. Для третього зразка природну глину розкопували з використанням катіонів заліза і цинку. Піллізірующій розчин готували з використанням сульфату заліза (II) (99,5%) і хлориду цинку (II) (98,03%) і повільним додаванням 0,2 М NaOH до розчину, який містить Fe і Zn, при кімнатній температурі до pH = 2,8. Отриманий розчин витримувався при кімнатній температурі протягом 24 годин. Описана процедура забезпечує загальний вміст металу 10 ммоль на грам глини. Отримані зразки висушували при 350 К, а потім прожарюють протягом 2 годин при 823 К зі швидкістю нагріву 275 К / хв.

    Для визначення фізико-хімічних характеристик природного глини використовувався метод рентгеноспектрального аналізу. Електронно-зон-довий микрозонд марки Superprobe 733 (Super Probe 733) марки JEOL (Jael, Японія) використовували для визначення кутового положення і інтенсивності рефлексів. Аналіз елементного складу зразків і фотографування в різних типах випромінювання проводилися з використанням Inca Energy з дисперсійним спектрометром від Oxford

    Instruments, Англія. Концентрація Ni (II) визначалася методом атомно-емісійної спектроскопії. Всі вимірювання проводилися з використанням Agilent 4200 MP-AES, оснащеного генератором азоту Agilent 4107. Система введення зразка складалася з двухпрохідному циклонічної розпилювальної камери, розпилювача OneNeb, трубки насоса Solvaflex (помаранчевий / зелений) і пальника Easy-fit для введення зразка. Використовували багатоелементні калібрувальні стандарти, що містять Ni (II) з концентрацією 50 мг / л. Стандарт готували в середовищі 5% HNO3 / 0,2% HF (v / v).

    Відповідне кількість NiSO4 ^ 6H2O розчиняли в дистильованої воді, щоб отримати розчин Ni (II) 50 мг / л, 40 мг / л, 30 мг / л, 20 мг / л, 10 мг / л. Регулювання рН розчинів здійснювали з використанням (0,01 М) HCl і (0,01 М) NaOH.

    Вплив навантаження адсорбенту. Адсорбент в різних концентраціях 1,0, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0 і 10,0 г / л використовували окремо в колбах Ерленмейера об'ємом 250 мл і 100 мл розчину, що містить 50 мг / л Ni (II) налитого в кожен. рН доводили до 6,0 і отриманий розчин перемішували протягом 2 годин. Концентрацію неабсорбованими іонів Ni (II) в фільтраті визначали методом АЕС.

    Вплив рН. 100 мл розчину, що містить 50 мг / л Ni (II), брали в колбу Ерленмейера на 250 мл. До розчину додавали 2 г / л адсорбенту і проводили визначення при рН 1,0, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0 і 10 , 0 з використанням розчинів (0,01 М) HCl або (0,01 М) NaOH в міру необхідності. Після 2 години струшування розчин центрифугували, концентрацію Ni (II) визначали за допомогою АЕС.

    Вплив часу контакту. Адсорбент на рівні 2 г / л додавали в кожну колбу Ерленмей-ера об'ємом 250 мл, що містить розчин Ni (II) (50 мг / л), і доводили рН до 6,0. Суміш струшували на лабораторному шейкері протягом різних часових інтервалів 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 6, 24 години. Залишкову концентрацію Ni (II) в кожному фільтраті визначали методом АЕС.

    Вплив початкової концентрації Ni (II). Розчин, що містить Ni (II) в різних концентраціях 10, 20, 30, 40 і 50 мг / л, брали в окремі колби Ерленмейера. Потім додавали адсорбент (2 г / л), доводили рН до 6,0 і суспензію струшували протягом часу контакту 2 години. Концентрацію неабсорбованого Ni (II) в надосадової рідини визначали методом АЕС.

    3. Результати та обговорення

    Результати елементного складу промитих природних і стовпчастих глин були отримані за допомогою аналізу ЕМІ. У таблиці 1 представлено зміст елементів.

    Таблиця 1. Хімічний склад глинистих порід

    Натураль- Маса металів (%)

    Цінні та стовп-

    -чатие глини Na ​​Mg Al Si K Ca Ti S Fe Zn

    Акжар 1,13 3,41 11,32 58,29 2,70 18,03 0,65 n.d. 2,66 n.d.

    Fe / Zn-Аса 1,38 1,55 5,31 17,82 1,78 3,84 0,56 0,34 22,39 2,62

    Після обробки колоною глина Акжар з залізом і цинком кількість заліза в зразку, отриманому на основі натуральної глини родовища Акжар, склало всього 2,66%, а процес пив-лара з вмістом металу збільшився до 22,39%. Аналіз хімічного складу показує, що зміст Si вище, ніж у інших елементів (таблиця 1). Кількість цинку поглинається Fe / 2п-Аса. Насправді, зміст 2п в столбчатой ​​глині ​​становить 2,62%.

    Крім того, рентгенівські дифракційні (XRD) спектри були досліджені і висіяні на

    Мал. 1. Дослідження мінералогічного складу глини підтверджують, що глина родовища Акжар є представником полімінеральної глини. Для визначення кількісного співвідношення кристалічних фаз зразки глини піддавали рентгеноструктурному аналізу. Полімінеральних склад підтверджений появою відповідних сигналів на рентгенограмах: монтморилоніт @ = 14,35 А), мусковіт ^ = 9,98, 3,45 А), кварц ^ = 4,25-3,34 А) з формулою А'Оз • 4SiO2 • хН20 . У таблиці 2 показаний хімічний склад глини Аса.

    (Градусів)

    Малюнок 1. Рентгенівські дифракційні спектри природної глини Акжар методом ЕМІ. Як видно з таблиці 2, глина Аса містить велику кількість домішок в формі кварцу. Таблиця 2.

    Хімічний склад природної глини Акжар визначають напівкількісним аналізом з рентгенівських спектрів.

    мінерал Акжар

    Кварц (БЮ2) 32.9%

    Кальцит (СаСОз) 16.2%

    Мусковіт (K0.82Na0.i8), (Fe0.03Al1.97), (А1Б1з) Ою (ОН) 2 9.1%

    Альбіт кінцевий польовий шпат № (А1813О8) 13.7%

    Гідратований алюміній силікат, A12O3 • 4SiO2 • xH2O 4.9%

    Каолініт (А'812О5 (ОН) 4) 5.2%

    Мікроклин польовий шпат (До $ 13А1О8) 18.6%

    3.2. Адсорбція N1 (11}

    Вплив навантаження адсорбенту Вплив доз адсорбенту на адсорбцію № (II) з використанням трьох глин показано на малюнку 2. Результати показують, що адсорбція № (II) глиною збільшується зі збільшенням дози адсорбенту з 1,0 до 10,0 г / л з природного глиною з 74,9% до 94,5%; з бентонітом 69,4% до 92,4%; зі столбчатимі глинами з 82% до 95,6% відповідно. Це пов'язано зі збільшенням площі поверхні, що, в свою чергу, збільшує доступність взаємозамінних областей на глині ​​для адсорбції

    № (II). Подальше збільшення дози адсорбенту до 10 г / л зберігає статичну адсорбцію № (II), що може бути пов'язано з досягненням рівноваги між рідкою та твердою фазами. На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що всі три глини володіють хорошими сорбційними властивостями при збільшенні їх дози до 3 г / л. Адсорбція № (II) з трьома зразками істотно не збільшується, збільшуючи концентрацію адсорбенту не більше ніж на 3 г / л.

    Доза адсерсекі (г л)

    Малюнок 2. Адсорбція N (II) глиною Акжар, промитого водою і? Е / 2п при різних дозах адсорбенту.

    вплив рН

    З малюнка 3 видно, що адсорбція № (II) на трьох глинах підвищує рН з 1,0 до 10,0 і досягає абсорбції з 21,3% до 98,9%. У рН вище 10,0 була виявлена ​​висока адсорбція № (II), що вказує на осадження №2 + і №ОН + у вигляді № (ОН) 2. При більш низькому рН адсорбція № (II) нижче через повного покриття іонів НЗО + на поверхні

    глини, і це ускладнює конкуренцію іонів № (II) за місця адсорбції. У міру збільшення рН кількість іонів НЗО + зменшується, і в результаті іони № (П) адсорбуються на вільних доступних ділянках адсорбентів. Аналогічні спостереження були отримані для адсорбції № (П) з використанням столбчатой ​​глини. Видалення № (П) склало 26,8% і 98,4% при рН 1 і 10 відповідно.

    Малюнок 3. Адсорбція Ж (11) глиною Акжар, промитого водою і Fe / Zn-Акжар при різних рівнях рН.

    Вплив часу контакту На малюнку 4 показані результати адсорбції N1 (II) з використанням природних і стовпчастих глин в різні моменти часу контакту. Природна глина, яка показала максимальну адсорбцію за 24 години 92,9%, спостерігається плавне збільшення адсорбції з плином часу. У разі столбчатой ​​глини швидка адсорбція № (П), складова 89,6%, відбувалася протягом перших 15

    хвилин, а потім тривала повільніше, поки не було досягнуто рівновагу. Причина в тому, що на початковій стадії на поверхні глин є більша кількість вільних адсорбційних центрів, які на більш пізніх стадіях займають іони N1 (II), в результаті чого кількість вільних адсорбційних місць зменшується.

    Врвг.-ся контакту (ч)

    Малюнок 4. Адсорбція N.1 (1.1) природними глинами, промитими водою і Єв / 1п-Акжар протягом різного часу

    Вплив початкової концентрації N1 (11) На малюнку 5 показано, що процентний вміст адсорбції зменшується з 88,9% до 83,1% при збільшенні початкової концентрації N1 (II) з 10 до 50 мг / л з природного глиною. Це пов'язано з тим, що збільшення концентрації іонів металів

    викликає насичення адсорбційних центрів на глині, що блокує адсорбцію N1 (11) на місцях адсорбції, і в результаті ефективність адсорбції зменшується. Для стовпчастих глин результати адсорбції змінюються з 75,0% до 89,6%.

    Малюнок 5. Адсорбція N1 (11) природними глинами, промитими водою і Єв ^ п Акжар, для зміни

    початкової концентрації іонів металу.

    4. Висновок

    Отримано обнадійливі результати з досліджень використання адсорбентів на основі природних глин для очищення стічних вод від іонів важких металів. Встановлено, що ефективність адсорбції залежить від рН середовища, часу контакту і вихідної концентрації іонів металів. Найкращі результати досягнуті при рН 10 і часу контакту 120 хвилин для модельних

    розчинів з концентрацією іонів нікелю 50 мг / л. Досягнуто 98,9 процентне видалення нікелю з розчинів.

    Список літератури

    1. парабени Х., Йоші С., Шеной Н., Лалі А., Шарма Ю. Визначення кінетики і рівноваги Со (II), Сг (III) і № (II) на серцевині кокосової пальми. // Біохімічні процеси // 41 (3), 609-615. 2006.

    2. Філатова О.Г. Огляд технологій очищення стічних вод від іонів важких металів, заснованих на фізико-хімічних процесах // Известия виклик. Прикладна хімія і біотехнологія // 2 (13), 97-103.2015.

    3. ТАІК-Нам Квон., Чонг Джон. Адсорбційні характеристики серициту для іонів нікелю з промислових стічних вод // Журнал промислової та інженерної хімії. 19,68-72. 2013.

    4. Мохаммад К. Огляд адсорбції важких металів глинистими мінералами з особливим акцентом на останнє десятиліття // Журнал хімічної інженерії // 308 (2017). 438-462.

    5.Пімнева Л.А. Очищення стічних вод від токсичних важких металів. Сучасні наукомісткі технологіі.2,99-101. 2013.

    _63

    6. САБО К.Р., Сукумара Р., Рекхаб Р. Порівняльне дослідження H2SO4, HNO3 та HCIO4, обробленого метакаолінітом природного каолинита як каталізатор алкілування Фріделя-Крафтса .// Каталозі сьогодні // 49, 321-326. 1999.

    автори:

    1. Г.Б.Мадімарова - магістр спеціальності 6М072000. Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    2. А.Амантайкизи - магістр спеціальності 6М060600. amantaikyzy Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    3. І.Г. Цой - к.х.н., доцент кафедри «Хімія і хімічна технологія», Тарг імені М.Х. Ду-лати. Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    3. Б.К. Масалімова - к.х.н., зав.кафедри «Хімія і хімічна технологія», Тарг їм М.Х. Ду-лати, Толі бі 61, місто Тараз, Казахстан. Тел .: +7 (7262) 455997. massalimova15 @mail. ru


    Ключові слова: ГЛИНА / АДСОРБЦІЯ / ВАЖКІ МЕТАЛИ / СТІЧНІ ВОДИ / CLAY / ADSORBTION / HEAVY METALS / WASTEWATER

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити