CC BY
143
УДК 644.6
*Мацуська О.В., асистент, **Сидорчук О.В., астрант, **Сабадаш В.В., доцент ©
*Лье1еський нацюнальний утеерситет еетеринарног медицины та бютехнологт iмет С.З. Гжицького, **Нащональнийутеерситет «Льеiеська полтехтка»
АДСОРБЦ1Я ФОСФАТ1В ПРИРОДНИМИ ТА МОДИФ1КОВАНИМИ СОРБЕНТАМИ 13 ВОДНИХ РОЗЧИН1В
У датй статтi до^джено адсорбцтт еластиеостi природного сорбенту - клиноптилолту (Z-Na+) та його модифтоеаног форми типу Z-Me2+ для еилучення фосфат-юте i3 еоди.
Експериментально естаноелено адсорбцшну емтсть природного сорбенту до фосфат-юте, побудоеано iзотерми процесу адсорбцИ та описано його мехатзми. Принцип модифтацп сорбентiе полягае у ееедент катюше е цеолти, що мають стутнь окислення не менше +2 i за рахунок того одним хiмiчним зе'язком можуть бути зе'язан з матрицею цеолту, а тшим з фосфатами.
Одержан результати показали, що iммобiлiзацiя на поеерхн сорбенту юте Купруму збыьшуе сорбцтну емтсть цеолту щодо фосфатiе. При адсорбцп фосфатiе на модифжоеаному сорбентi поглинаеться 3,5 м. еке Р2О5, на природному 0,2 мг.еке Р2О5, що сеiдчить про ефектиетсть модифжоеаног його форми.
Встаноелено, що природт цеолти е достатньо ефектиеними сорбентами щодо еилучення iз еодних розчите фосфатiе i можуть застосоеуеатись для очищення промислоеих стiчних еод, що мають тдеищену кислоттсть. Таким чином для одержання еисоко селектиених сорбентiе щодо фосфат-юте можна застосоеуеали еiдпрацьоеаний сорбент тсля адсорбцп еажких металiе зi стiчних еод.
Ключовi слова: фосфати, природний та модифжоеаний сорбент, адсорбцтна здаттсть, клиноптилолт, стiчнi еоди.
УДК 644.6
* Мацуська А.В., ассистент, ** Сидорчук А.В., аспирант, ** Сабадаш В.В., доцент * Льеоеский национальный униеерситет еетеринарной медицины и биотехнологий имени С.З. Гжицкого, ** Национальный униеерситет «Льеоеская политехника»
АДСОРБЦИЯ ФОСФАТОВ ПРИРОДНЫМИ И МОДИФИЦИРОВАННЫМИ СОРБЕНТАМИ С ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
В данной статье исследоеаны адсорбционные сеойстеа природного сорбента - клиноптилолита (Z-Na+) и его модифицироеанной формы типа Z-Me2+ для изелечения фосфат-ионое из еоды.
© Мацуська О.В., Сидорчук О.В., Сабадаш В.В., 2014
342
Экспериментально установлено адсорбционную емкость природного сорбента к фосфат-ионнам, построено изотермы процесса адсорбции и описаны его механизмы. Принцип модификации сорбентов заключается в введении катионов в цеолиты, имеющие степень окисления не менее +2 и за счет чего одной химической связью могут быть связаны с матрицей цеолита, а другой с фосфатами.
Полученные результаты показали, что иммобилизация на поверхности сорбента ионов меди увеличивает сорбционную емкость цеолита к фосфатам. При адсорбции фосфатов на модифицированном сорбенте поглощается 3,5 мг.екв Р2О5, на природному 0,2 мг.екв Р2О5, что свидетельствует об эффективности модифицированной его формы.
Установлено, что природные цеолиты являются достаточно эффективными сорбентами по изъятию из водных растворов фосфатов и могут применяться для очистки промышленных сточных вод, имеющих повышенную кислотность. Таким образом, для получения высоко селективных сорбентов к фосфат-ионнам можно применять отработанный сорбент после адсорбции тяжелых металлов из сточных вод.
Ключевые слова: фосфаты, природный и модифицированный сорбент, адсорбционная способность, клиноптилолит, сточные воды.
UDC 644.6
O. Matsuska, O.Sydorchyk, V. Sabadash
Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnology named S. Z. Gzhytskeij, National University "Lviv Polytechnic"
ADSORPTION OF FOSFATES ONTO A NATURAL CEOLITS AND HEIR A
MODIFIED FORM
In the given article principles of phosphates adsorption on modificated adsorbents has been described. Modificated adsorbents were obtained by implantation of heavy metals ions on the zeolite surface. To remove the phosphate ion zeolites are highly effective. The process of phosphates adsorption by the mechanism of chemisorption by coprecipitation of ions released by the process of ion exchange of cation ofphosphoric salt on exchangeable cation of zeolite it is established.
Formation of insoluble salts of phosphoric acid on the surface of the zeolite provides efficient allocation of phosphate ion it was established.
We suggest the use of spent zeolite in which partially or completely are substituted the exchangeable cations on metal ions which can form insoluble phosphates. The sorption capacity of zeolite on phosphate ion on natural and modified zeolite in static conditions was experimentally investigated. Increase the sorption capacity of zeolite to phosphates by immobilization on the surface of the sorbent copper ions has been established.
Implementation of the task of spent sorbents utilization after electroplating wastewater treatment plants, etc. has been established. When phosphate adsorption process takes place modificated sorbent absorbes 3.5 mg-ekv P2O5, natural zeolite -0.2 P2O5 mg-ekv, indicating the effectiveness of the modified sorbent.
Key words: adsorption, natural and modificated zeolite, phosphate ions,
sewage.
343
Водш проблеми зумовлеш неращональним використанням води рiзними галузями промисловост iз застосуванням водомштких технологiй, скиданням у природнi водойми забруднених сичних вод. Вiдомо, що скид у поверхневi водойми велико! кшькосп стокiв в недостатньо очищеному або просто неочищеному виглядi призвiв до того, що на тепершнш час всi поверхневi воднi джерела Укра!ни за рiвнем вмiсту забруднюючих речовин наблизились до 4-5 класу [1]. Зрештою, це викликае катастрофiчну деградацiю екосистем цих водойм та перетворюе !х на зливовi канави [2]. Особливо вщчутним е антропогенний тиск на невеликих рiчках, струмках та шших малих водних об'ектах Украши [3,4].
На сьогодшшнш день фосфати являються чи не найбшьш небезпечним компонентом, значний вiдсоток якого утворюеться внаслiдок дiяльностi агропромислового комплексу та житлово-комунального господарства, що спричинюе попршення якостi природних вод [5].
Вщомо, що цеолiти добре зарекомендували себе як юнообмшники та сорбенти для очищення природних та стiчних вод. Зокрема, клиноптилол^ е ефективним сорбентом для вилучення iз розчинiв бюгенних елементiв (азот та фосфати) та катюшв рiзноманiтних металiв, адже проявляе високу сорбцшну активнiсть i селектившсть щодо !х поглинання [6-7].
Враховуючи наведенi фактори, а також здатшсть бiльшостi важких металiв до утворення нерозчинних фосфаив, запропоновано застосовувати вщпрацьований цеолiт (насичений iонами Купруму, що був застосований попередньо для вилучення цього металу iз водного розчину) з метою вилучення сполук фосфору iз стоив [8,9].
Робота присвячена дослщженню та порiвняльнiй характеристицi адсорбцшних властивостей природно! (2-Ша+) та модифковано! (2-Ые2+) форми цеолiту - Сокирницького клиноптилол^у, щодо вилучення фосфат-iонiв (Р2О5) iз водного середовища.
Матер1ал 1 методи. Для очищення води вщ фосфатiв iз розчинiв використано природний мшеральний сорбент - клиноптилолiт Сокирницького родовища Закарпатсько! району, що е найбшьш багатим на цеол^овмкш породи, сумарш запаси i прогнозуючi ресурси якого сягають близько 900 млн. т. [8]. Модифжацш природного цеол^у проводили шляхом насичення його йонами Купруму iз попередньо приготованого розчину, що iмiтував стiчнi води гальвашчних пiдприемств [9].
Для визначення адсорбцшно! емностi фосфатiв у склянi колби вiдмiряли по 200 мл розчину забрудника приготованого у дистильованш водi рiзних початкових концентрацiй: Споч=0,01-0,7 мг екв/дм3 i додавали однаковi наважки сорбенив (~1г). Колби герметично закривали i залишали при перiодичному перемшуванш на двi доби при температурi +20°С. Сорбент вiддiляли вiд розчину, який аналiзували на вмiст фосфаив за загальновiдомою методикою [10].
Результати дослщжень. 1зотерми сорбци фосфатiв на природному та модифжованому сорбентi при температурi 20°С приведенi на Рис.1,2.
344
Рис. 1.1зотерма сорбцй' фосфатчв на природному сорбент! типу Z-Л,a+
0 12 3
Концентрашя фосфатов у розчнш, С, мг екв/л
Рис. 2. 1зотерма сорбцй' фосфат1в на модиф1кованому сорбент1 типу 2-Ме2+
Ддсорбцiйну eмнiсть сорбенту визначали за наступною формулою: А _ Сдсч-Скя у^ я '
де Смч- початкова концентращя забрудника в розчиш, мг екв/дм'; СК|Н- юнцева концентращя забрудника в розчиш, мг екв/дм "; п- наважка сорбенту, г;
V- об'ем розчину взятого для дослщження, дм3.
Одержанi результати дослщжень показують ефективнiсть застосування клиноптилолiту для вилучення фосфатiв iз водних розчишв. Як вiдомо [11], механiзм адсорбцп фосфаив складаеться з 2 стадш:
1) дифузiя йонiв НР042- з розчину до поверхш адсорбенту;
2) внутршня дифузiя йонiв НР042 - у зернi сорбенту.
Дналiзуючи iзотерму адсорбцп фосфатiв на природнiй формi цеолiту (рис. 1) видно, що крива iзотерми лежить в област низьких концентрацiй i е
345
першою стадieю перебку iзотерми Ленгмюра [6,11]. Яка показуе про поступове вилучення фосфат-юшв на сорбентi та ще не досягнуту piBTOBary цього процесу, що пояснюеться дещо низькими початковими концентращями забрудника у розчинах.
Анaлiзyючи iзотеpмy адсорбци на модифiковaномy соpбентi типу (Z-Me2+) (рис. 2) спостеpiгaеться значно ефективнiше поглинання даного забрудника iз води, що пояснюеться iмобiлiзaцiею на повеpхнi сорбенту iонiв Купруму, що призводить до збшьшення його сорбцшно1 емностi. Соpбцiйнa здaтнiсть модифкованого сорбенту складае 0,7 мг екв/дм3, що е ~ у 15 paзiв вищою за aдсоpбцiйнy здaтнiсть його природно! форми. Таким чином для одержання високо селективних сорбенив щодо фосфат-юшв можна застосовувати вщпрацьований сорбент тсля адсорбци важких метaлiв iз стокiв.
Висновки. Пеpевipено та поpiвняно соpбцiйнi влaстивостi природного цеолiтy (Сокирницького клиноптилол^у) та його модифiковaноï форми йонами Купруму щодо фосфаив. Встановлено, що даний сорбент являеться ефективним щодо вилучення фосфат юшв iз води, проте значно кращою (~ 15 раз) спостеpiгaеться його соpбцiйнa здaтнiсть на модифiковaнiй його фоpмi йонами Купруму.
Отже, пpиpоднi цеолiти е достатньо ефективними сорбентами щодо фосфатав i можуть застосовуватись для очищення спчних вод вiд даного забрудника. Таким чином для одержання високо селективних сорбенив (Z-Me2 ) щодо вилучення фосфаив можна використовувати вщпрацьований сорбент тсля адсорбци важких метaлiв iз стiчних вод.
Л1тература
1. Залежшсть якiсних покaзникiв поверхневих водних джерел Украши вщ впливу техногенних забруднень / Ю.П. Яковенко, П.Д. Хорунжий, Т.П. Хомутецька [та ш.] // Тези доповiдей Мiжнapодноï наук. - практ. конф. [«Сучасш проблеми охорони довкшля, paцiонaльного використання водних ресурЫв та очистки природних та спчних вод»], (Миргород, 23 - 27 кв^ня 2007 р.) - К.: Знання, 2007. - С. 24 - 28.
2. Лященко Д О. Еколопчна ситуащя та стан питних вод Украши / Д. О. Ляшенко, С. В. Разметаев // Всеукрашська еколопчна лка. - К.: УДНД1 "УкрВОДГЕО", 2006. - 10 с.
3. Мережко А.Н. Проблемы малых рек и основные направления их исследования / А.Н. Мережко // Гидробиологический журнал. - 1998. - 34, № 6. - С. 66 - 71.
4. Барановський В.А. Карта еколопчних проблем природних вод Украши / В.А. Барановський, В.Г. Бардов, С.Т. Омельчук // Всеукрашська еколопчна лка. - К. : Центр екологiчноï освгги та шформаци, 2000. - 35 с.
5. Сучасш проблеми ппени навколишнього середовища / [I.I. Даценко, О.Б. Денисюк, С.Л. Долошицький та ш.]. - Львiвський державний медичний ушверситет. - Львiв. - 1997. - 136 с.
6. Мацуська О.В. Статика та кшетика сорбци фосфаив на природному цеолт у пеpiодичних умовах / О.В. Мацуська, Р.П. Параняк, Я.М. Гумницький
346
// Водне господарство Украши. - 2011. - № 2. - С. 25-29.
7. Параняк Р.П. Загальна характеристика природних сорбенив та 1х використання у промисловост та сшьському господарствi / Параняк Р.П., Мацуська О.В., Романець М.М. // Сшьський господар. - 2008. - №5/6. - С.38-42.
8. Природные сорбены СССР. У.Г. Дистанов, Д.С. Михайлов, Т.П. Конюхова, - М.: Недра, 1990. - 208 с.
9. Мальований М.С. Модифжування природних цеолтв i перспективи 1х використання / М. Мальований, З. Однор^, I. Гудзьова // Хiмiчна промисловiсть Укра1ни. - 1999. - № 5. - С. 10-12.
10. Методика фотометричного визначення фосфаив у сичних водах. КНД 211.1.4.043-95.
11. Фiзико-хiмiчнi основи технологи очищення стiчних вод. За загальною редакцiею проф. Запольського Д. К. Кшв, «Лiбра», 2000.- 988 с.
Рецензент - д.с.-г.н., професор Буцяк В.1.
347
