CC BY
5
УДК 669.843
Бардыш А.В., Трошкина И.Д.
АДСОРБЦИЯ РЕНИЯ УГЛЕРОДНЫМ КОМПОЗИТОМ, СОДЕРЖАЩИМ ФТОРПОЛИМЕР
Бардыш Алиса Валерьевна - студент 3-го курса кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе; Bardysh0101@mail.ru.
Трошкина Ирина Дмитриевна - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье показана возможность адсорбции рения из сернокислых растворов (рН 2) углеродным композитом, содержащим фторполимер. Методами электронной микроскопии и адсорбции азота изучены его физико-химические характеристики. Методом переменных объемов получена изотерма сорбции рения (рН 2), имеющая линейный вид. Изотерма обработана по уравнению Генри, получена константа Генри, равная 2210±50 мл/г. Ключевые слова: адсорбция, рений, углеродный композит, фторполимер, серная кислота, изотерма, коэффициент распределения
ADSORPTION OF RHENIUM BY A CARBON COMPOSITE CONTAINING A FLUOROPOLYMER
Bardysh A.V., Troshkina I.D.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article demonstrated the possibility of adsorption of rhenium from sulfuric acid solutions (pH 2) to carbon composites containing fluoropolymer. Its physicochemical characteristics have been studied by electron microscopy and nitrogen adsorption. The rhenium sorption isotherm (pH 2), which has a linear form, was obtained by the method of variable volumes. The isotherm is processed according to the Henry equation, the Henry constant equal to 2211±50 ml/g is obtained.
Key words: adsorption, rhenium, carbon composite, fluoropolymer, sulfuric acid, isotherm, isotherm, distribution coefficient
Введение
На территории России имеются сырьевые источники рения, которые значительно уступают традиционным перерабатываемым медным и молибденовым рудам по его содержанию [1]. При извлечении из них рения образуются разбавленные растворы, из которых рений либо осаждают, либо сорбируют на различных материалах [2].
В качестве сорбентов используют: сильноосновные и слабоосновные аниониты, комплексообразующие твэксы и импрегнаты, активированные угли на природной и синтетической основе [3], неорганические сорбенты, углеродные наноматериалы. Синтез смол - дорогостоящий процесс, что приводит к необходимости поиска более дешевых сорбентов, отвечающих требованиям хорошей емкости, высокой скорости, механической прочности и устойчивости по характеристикам в течение длительного времени.
В последние годы разрабатываются углеродные материалы, включающие, например, углеродные нанотрубки, которые влияют на характеристики процесса сорбции [4].
Ранее была изучена сорбция рения углеродным композитным материалом, содержащим фторполимер, из концентрированных сернокислых растворов [2, 5]. Установлено, что с увеличением кислотности раствора коэффициент распределения рения падает, хотя и незначительно. Изучение элюирования рения показало, что используемые щелочные реагенты (растворы аммиака различной
концентрации и смеси аммиака, карбоната и бикарбоната натрия) являются эффективными элюентами. Устойчивость углеродного сорбента определена в циклах. Показано, что удельный объем микро- и мезопор исходного адсорбента и прошедшего 10 циклов сорбции-десорбции практически одинаков. Потери емкости сорбента за 10 циклов составили 10,8 %.
В работе рассмотрена возможность извлечения рения углеродным композитным материалом, содержащим фторполимер, из слабокислых растворов. Экспериментальная часть
Предварительно методами электронной микроскопии с использованием сканирующего электронного микроскопа ВБ 301 и адсорбции азота с применением анализатора ASAP 2000 (в области относительных давлений 0,0586-0,9953) изучены физико-химические характеристики композитного материала, содержащего фторполимер (Таблица 1): удельная поверхность (по БЭТ), в том числе микропор (по Ленгмюру, Хелси, Гаркинсу-Юру), кумулятивный объем пор, объем микропор (по Хелси и Гаркинсу-Юра), средний диаметр пор, установленный одноточечным методом.
Композитный материал имеет развитую систему пор и высокое значение удельной поверхности микропор (1269 м2/г по Ленгмюру), что свидетельствует о его большом потенциале как адсорбенте.
Таблица 1. Характеристики композитного материала, содержащего фторполимер
Хар актеристика Значение Примечание
Удельная поверхность, м2/г 945±21 По БЭТ
Удельная поверхность микропор, м2/г 1269±13 713±15 435±10 По Ленгмюру По Хелси По Гаркинсу-Юру
Кумулятивный объем пор (диаметр от 17 до 3000 А Объем микропор, см3/г 0,29±0,06 0,140±0,003 0,221±0,005 По Хелси По Гаркинсу-Юру
Средний диаметр пор, А 24,2±0,5 Установлено одноточечным методом
Внешний вид композитного материала, содержащего фторполимер, представлен на рис. 1.
Л •
Рис.1 Внешний вид углеродного композита, содержащего фторполимер
Как видно из рис. 1, композит состоит из гранул черного цвета неправильной формы.
Установлено, что он имеет микро-, мезопористую структуру и обладает развитой поверхностью.
Модифицирующий полимер закрепляется на поверхности сорбента в виде глобул и в виде пленки (рис. 2).
Рис.2 Микрофотография поверхности углеродного композита, содержащего фторполимер
Сорбцию рения из сернокислых растворов изучали в статических условиях при комнатной температуре при соотношении фаз сорбент : раствор, равном 1:500 (0,1 г : 50 мл). Значение рН раствора серной кислоты составляло 2. Предварительно адсорбент контактировали в течение 30 мин. с раствором, имеющим такое же значение рН, как у исходного раствора на сорбцию. Исходный сорбент контактировали с раствором, содержащим 21,4 мг/л рения, на аппарате для встряхивания (марки ЛАБ-ПУ-01) до состояния равновесия. После разделения фаз и фильтрации жидкой фазы через фильтр «белая лента» анализировали раствор на рений. Содержание рения в растворах с низкой его концентрацией определяли фотометрическим методом анализа, используя в качестве восстановителя раствор хлорида олова (II) [7].
Содержание элемента в сорбенте (емкость) СЕ, мг/г рассчитывали по формуле:
СЕ = (Сисх- Ст)- (1)
где СЕ - емкость сорбента, мг/г; Сисх -исходная концентрация элемента в растворе, мг/л; Ст - концентрация элемента в текущий момент времени т; V- объем раствора, мл; т - масса навески сорбента, мг.
Коэффициент распределения элемента в ионите К (мл/г) определяли через отношение равновесной сорбционной емкости ионита к равновесной концентрации его в растворе:
кй = )■ 1000, (2)
V рЯБН /
где СЕравн - равновесная емкость сорбента, мг/г; Сравн - равновесная концентрация элемента.
Емкость адсорбента по рению составила 8,74 мг/г, рассчитанный Кс1 - 2210 мл/г.
Методом переменных объемов получена изотерма сорбции рения из сернокислого раствора (рН 2). В области низких концентраций рения она имеет линейный вид (рис. 3) и описывается по уравнению Генри:
СЕ = К'С, (3) где К - константа Генри, мл/г.
С, мг/л
Рис. 3 Изотерма адсорбции рения углеродным композитом, содержащим фторполимер
Константа Генри, рассчитанная по уравнению (3), составила 2210±50 мл/г.
За три контакта десорбции рения с насыщенного рением композита (СЕ - 8,74 мг/г) раствором аммиака (8 %) в раствор переходит 91,2% рения.
Заключение
В работе показано, что коэффициент распределения рения при сорбции из растворов серной кислоты с концентрацией, соответствующей значению рН 2, составляет 2210 мл/г. Степень извлечения рения при проведении сорбции в статических условиях при соотношении фаз 1:500 (г:мл) достигает 81,6 %.
В изученном интервале концентраций изотерма сорбции рения имеет линейный характер. Она описывается изотермой Генри с константой 2210±5 0 мл/г. Степень десорбции рения аммиачным раствором достигла 91,2 % за 3 контакта.
Благодарности Авторы благодарят аспирантов кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе Гакиева А.Л., Тарганова И.Е. и Вацуру Ф.Я.
за консультации и помощь в проведении работы.
Список литературы
1. Левченко Е.Н., Ключарев Д.С. Оценка минерально-сырьевого потенциала металлов высоких технологий и уровень изученности (категорийности) // Труды Второй научно-практической конференции «Минерально-сырьевая база металлов высоких технологий. Освоение, воспроизводство, использование». М.: ФГБУ «ВИМС», 2021. С. 190-200.
2. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. Москва: ООО «Галлея-Принт, 2015. 329 с.
3. Мухин В.М., Зубова И.Д., Гурьянов В.В., Курилкин А.А., Гостев В.С. Новые технологии получения активных углей из реактопластов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2009. Т.9. Вып.2. С. 191-195.
4. Burakova I.V., Burakov A.E., Tkachev A.G., Troshkina I.D., Veselova O.A., Babkin A.V., Wei Moe Aung, Imran Ali. Kinetics of the Adsorption of Scandium and Cerium Ions from Sulfuric Acid Solutions on a Nanomodified Activated Carbon // J. of Molecular Liquids. 2018. V. 253. P. 277-283.
5. Вей Мое Аунг. Сорбция рения и скандия из сернокислых растворов активированными углями и углеродными нанокомпозитами. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2020.
6. Трошкина И.Д., Хасанова Г.А., Чекмарев А.М., Малыхин В.Ф. Сорбционное извлечение микроколичеств рения из промывной серной кислоты // Цв. Металлы. 2000. № 9. С. 134-139.
7. Петухов О.Ф., Санакулов К., Курбанов М.А., Шарафутдинов У.З. Рений. Навои: типография НГМК, 2020. 397 с.
