CC BY
61
АЛЮМОСИЛИКАТНЫЙ СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Масленникова Людмила Леонидовна
д-р техн. наук, проф. кафедры «Инженерная химия и естествознание», профессор Петербургского государственного университета путей сообщения
Императора Александра I, РФ, г. Санкт-Петербург
E-mail: llmaslennikova@yandex.ru Вобликова Дарья Васильевна студент 4 курса Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I, РФ, г. Санкт-Петербург
E-mail: remote160@,list.ru Шевцова Елена Николаевна студент 4 курса Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I, РФ, г. Санкт-Петербург
Крапивная Тамара Анатольевна студент 4 курса Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I, РФ, г. Санкт-Петербург
Ершова Софья Александровна студент 4 курса Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I, РФ, г. Санкт-Петербург
ALUMINATOSILIKATE THE SORBENT FOR SEWAGE TREATMENT
FROM IONS OF HEAVY METALS
Maslennikov Lyudmila
dr. sci. tech., the prof. offaculty «Engineering chemistry and natural sciences », the professor of the Petersburg state university of means of communication of Emperor
Alexander I, Russia, Saint Petersburg
Voblikova Darya
the student 4 rates of the Petersburg state university of means of communication of
Emperor Alexander I, Russia, Saint Petersburg
Shevtsova Elena
the student 4 rates of the Petersburg state university of means of communication of
Emperor Alexander I, Russia, Saint Petersburg
Krapivnaja Tamara
the student 4 rates of the Petersburg state university of means of communication of
Emperor Alexander I, Russia, Saint Petersburg
Ershova Sofiya
the student 4 rates of the Petersburg state university of means of communication of
Emperor Alexander I, Russia, Saint Petersburg
Работа выполнена при финансовой поддержке «Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I» в рамках конкурса студенческих грантов в 2013 г.
АННОТАЦИЯ
Исследована возможность получения алюмосиликатного сорбента на основе кембрийской глины и отходов пенобетона для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Исследована поглощающая способность сорбента в зависимости от состава и температуры обжига.
ABSTRACT
The opportunity of reception aluminatosilikate a sorbent is investigated on the basis of cambrian clay and waste products of foam concrete for sewage treatment from ions of heavy metals. Absorbing ability of a sorbent is investigated depending on structure and temperature of roasting.
Ключевые слова: пенобетон; алюмосиликатный сорбент; ионы тяжелых металлов; эффективность очистки.
Keywords: foam concrete; aluminatosilikate a sorbent; ions of heavy metals; efficiency of clearing.
В настоящее время актуальной задачей является разработка составов фильтрующих материалов, которые не имели бы экономических и эксплуатационных недостатков, присущих традиционным природным сорбентам и в тоже время обладали бы высокими сорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов (ИТМ). В этой связи в качестве сырья для создания такого сорбента кажется целесообразным использовать природные алюмосиликаты, которые составляют до 50 % массы земной коры, например, в виде кембрийской глины месторождения Красный Бор, относящейся к полиминеральным гидрослюдисто -монтмориллонитовым глинам, известным своими ионно-обменными свойствами. Гидрослюды образуются при выветривании слюд и широко распространены в почвах. По структуре они близки к монтмориллониту. Известно также, что для эффективной сорбции ИТМ фильтрующий материал должен обладать высокой
микропористостью, которую можно получить путем ввода в глиняную матрицу дисперсного компонента с пористой структурой.
Из работ ученых кафедры «Инженерная химия и естествознание» под руководством профессора Сватовской Л.Б. [2, с. 30] известно, что тяжелый бетон, пенобетон, представленные гидросиликатами кальция обладают адсорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов. В связи с этим можно предположить, что сорбенты, полученные путем обжига кембрийской глины с дроблеными отходами пенобетона, также будут обладать адсорбционными свойствами по отношению к ИТМ.
Целью работы являлась разработка алюмосиликатного фильтрующего материала с использованием отходов пенобетона.
В работе использовался конструкционно -теплоизоляционный бетон плотностью 500 кг/м на портландцементом вяжущем автоклавного твердения. Ранее проведенными исследованиями [1, с. 261] было установлено, что объем пор менее 10 мкм в частицах дробленого автоклавного пенобетона составляет 93,3 % от суммарного объема пор, а у неавтоклавного пенобетона 81,7 %. В связи с этим для работы были выбраны дроблёные отходы пенобетона автоклавного твердения. В настоящее время объемы производства пенобетона в стране растут, поэтому, как следствие, будут расти и объемы отходов пенобетона, которые образуются как при производстве пенобетона, так и на строительных площадках, и от сноса старых зданий и сооружений.
При обжиге частицы пенобетона в керамической шихте претерпевает определенные физико -химические превращения, образуя черепок с канальной пористостью и развитой поверхностью, способной к адсорбции ИТМ и частично нефтепродуктов.
Дробленый пенобетон автоклавного твердения, был отсеян на сите №2 1 для получения грансостава, пригодного для изготовления гранулированного фильтрующего материала. В зависимости от процентного содержания глины и пенобетона было получено 4 состава: 50*50, 60*40, 70*30, 80*20. Гранулы получали вручную, протирая керамическую шихту влажностью около 30 %
через сито с ячейками размером 3 мм. Каждый состав был высушен при температуре 120 оС и обожжен при температурах: 600о, 700о, 800о, 900 оС. В конечном итоге было получено 16 различных вариантов фильтрующего материала различного состава и температуры обжига.
Все образцы были исследованы на поглощающие свойства по отношению к ИТМ. В качестве имитата сточных вод использовался растворы ионов кадмия, свинца и меди с концентрацией 10-3 моль/л и 10-4 моль/л. Выбор был обусловлен тем, что эти металлы в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсичных свойств.
Было выбрано оптимальное время контакта имитата загрязненных вод с ионами свинца с фильтрующим материалом (рис. 1.), которое было принято равное 30 мин.
Для сравнения эксплуатационных свойств разработанного фильтрующего материала был взят сорбент «Глинт», выпускаемый фирмой ЗАО «Квант-минерал», близкий по составу и назначению. Анализируя рис. 1, можно сделать вывод, что у сорбента «Глинт» поглотительная способность меньше и требуется большее время контакта.
Результаты исследования проб имитата сточной воды после контакта с образцами различного состава и разной температуры обжига представлены на рис. 2,3,4.
0,12 ^ ОД 1 0,08 §. 0,06 т I" 0,04 ш | 0,02 X
\ ч ^
\ .>
и 0 30 60 120 240
.......600 од 0,0459 0,0117 0,0011 0,001
-700 од 0,0507 0,0001 0
--800 од 0,006 0,0002 0,0001 0
-900 од 0 0 0 0
— • - Глинт од 0,067 0,0256 0,0003 0
Рисунок 1. Определение оптимального времени контакта имитата сточной воды с сорбентом (на примере ионов свинца)
Концентрация, мМ/л ооооооооо ооооооооо
----------
N
600 700 800 900
....... 50*50 0,0869 0,0656 0,0651 0,0394
40*60 0,0837 0,0672 0,0602 0,011
-30*70 0,0791 0,0662 0,047 0,019
-20*80 0,0879 0,0779 0,0751 0,0621
Рисунок 2. Зависимость поглощающих свойств сорбента по отношению к ионам кадмия от состава и температуры обжига
Рисунок 3. Зависимость поглощающих свойств сорбента по отношению к ионам свинца от состава и температуры обжига
Рисунок 4. Зависимость поглощающих свойств сорбента по отношению к ионам меди от состава и температуры обжига
Анализируя полученные данные и учитывая необходимость прочностных характеристик получаемого фильтрующего материала, можно сделать вывод, что достаточной прочностью и адсорбирующей способностью обладают составы с процентным соотношением глина-пенобетон 70*30 и 60*40 при температуре обжига 900оС, которые в дальнейшем исследовались в работе. Полученный фильтрующий материал остальных составов при затворении водой и интенсивном перемешивании распадался на более мелкие частицы из -за слабой прочности и далее не рассматривался.
Эффективность очистки и статическая емкость разработанного сорбента представлена в таблице.
Фильтрующий материал был исследован на способность удерживать нерастворимые нефтепродукты, была определена нефтеёмкость, которая составила 0,3 г/г.
Таблица 1.
Эффективность очистки и статическая ёмкость разработанного сорбента
ИТМ Исходная Конечная Статическая Эффект. очистки, %
концентрация концентрация ёмкость, мг/г
Состав глина-пенобетон 60*40 — температура обжига 900°С
Pb 20,72 0 2,07 100
Cu2+ 6,355 0,002 0,64 100
Cd2+ 11,24 1,238 1 89
Состав глина-пенобетон 70*30 — температура обжига 900°С
Pb 20,72 0,399 2,03 98
Cu2+ 6,355 0 0,64 100
Cd2+ 11,24 2,139 0,91 81
Таким образом, разработан алюмосиликатный сорбент, который достаточно эффективно очищает загрязненные воды от ИТМ и частично от нефтепродуктов. Такой сорбент может использоваться в качестве компонента комбинированной шихты для снаряжения фильтрующих патронов локальных фильтров очистки сточных и талых вод, например, в снегоплавильных установках.
Список литературы:
1. Масленникова Л.Л., Славина А.М. Использование отходов ячеистых бетонов при получении керамическихматериалов с улучшенными теплозащитными свойствами // Популярное бетоноведение. — 2009. — № 6 (32). — С. 30—35.
2. Шершнева М.В., Пузанова Ю.Е., Соловьева В.Я. Геоэкологический аспект использования кальцийсодержащих строительных отходов // Известия петербургского университета путей сообщения. — 2010. — Вып. 2 (23). — С. 261—267.
