CC BY
269
УДК 661.183.3
Д. Ю. Морозов, М. В. Шулаев, В. М. Емельянов,
Е. Н. Нуруллина
ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Исследована возможность адсорбционной очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, с использованием различных адсорбентов. Получены изотермы адсорбции.
Были исследованы и проанализированы адсорбционные характеристики различных адсорбентов при адсорбции ионов Сг(У!), С^11), Си(11) и 7п(!!). В качестве адсорбентов использовались гранулированный активированный угль марки СКТ-3 (ГАУ СКТ-3), цеолитсодержащая порода - диатомит, разработанная на месторождении в ульяновской области и осадок, образование которого возможно при локальной очистке методом коагуляции щелочных сточных вод производства полисульфидных каучуков (тиоколов), с использованием в качестве коагулянта хлорида алюминия.
Изотермы адсорбции, представленные на рисунках 1-4, построены по поглощению названными адсорбционными материалами соответствующих компонентов из модельных растворов различных концентраций.
На рисунке 1 представлены изотермы адсорбции ионов 2п(!!).
О 400 800 1200 1600
Рис. 1 - Изотермы адсорбции ионов 2п(11)
Адсорбция ионов 7п(іі) на каждом из представленных адсорбентов характеризуется, по классификации Гильса [1], изотермой типа Б4, то есть взаимодействие между адсорбированными молекулами больше силы взаимодействия между растворенным веществом и адсорбентом. Наличие начального пологого участка, характерного для изотерм этого типа, свидетельствует о присутствии небольшого количества микропор, то есть данные ад-
сорбенты содержат преимущественно мезопоры. Второе плато на изотермах 4 подгруппы может быть связано с изменением ориентации молекул адсорбируемого вещества или с образованием второго слоя. Нужно отметить, что осадок при адсорбции ионов 2п(!!) не уступает, а превосходит ГАУ СКТ-3 и диатомит. Диатомит имеет в данном случае худшие показатели.
Изотермы адсорбции ионов Си(!!) (рис. 2) относятся к Б5-типу. Для изотерм 5 подгруппы характерно наличие максимума. Ионы Си(!!) эффективнее поглощаются ГАУ СКТ-3, диатомитом и осадком в области концентраций 800 -1400 мг/л. На основе анализа изотерм адсорбции ионов Си(!!) диатомит проявил лучшие сорбционные свойства.
Рис. 2 - Изотермы адсорбции ионов Си(11)
Изотермы адсорбции СЬ(ІІ), представленные на рисунке 3, имеют следующий характер: на ГАУ СКТ-3 относится к Б3-типу, а при адсорбции на диатомите и осадке - к Ь4-типу, так как при этом достигается второе плато. Наличие вогнутого относительно оси концентрации начального участка, характерного для изотерм Ь-типа, указывает на присутствие в данных сорбентах микропор. Изотерма типа Ь наблюдается в том случае, когда взаимодействие между адсорбированными молекулами пренебрежимо мало и энергия активации не зависит от степени заполнения поверхности, при этом происходит параллельная ориентация молекул растворенного вещества.
Изотермы адсорбции ионов Сг(УІ) на поверхности ГАУ СКТ-3 и осадка (рис. 4) относятся к Ь4-типу, на поверхности диатомита - к Б2-типу. Следует отметить, что эффективность адсорбции ионов Сг(УІ) на всех исследованных адсорбентах примерно одинакова (Г = 150 - 160 мг/г при концентрации каждого иона Ср= 600 мг/л).
Выпуклый участок изотермы адсорбции на поверхности осадка, при малых равновесных концентрациях, свидетельствует о высокой скорости адсорбции при невысоких концентрациях загрязнения в сточной воде, а также указывает на наличие в данном адсорбенте микропор, наряду с макро- и мезопорами. Нужно отметить, что Сг(УІ) находится в анионной форме и адсорбируется, в основном, в мезо- и макропоры.
Из анализа изотерм адсорбции следует, что ионы 2п(ІІ) имеют лучшее сорбционное сродство к ГАУ СКТ-3 и осадку, при этом они достаточно хорошо адсорбируются и на диатомите.
Рис. 3 - Изотермы адсорбции ионов С^ІІ)
Рис. 4 - Изотермы адсорбции ионов Сг^І)
Ионы Си(ІІ) сорбируются хуже других ионов на всех исследуемых адсорбционных материалах. Можно предположить, что медь, являясь наименее активным, слабо вступает в ионообменные процессы на диатомите и осадке. Кроме того, медь имеет кубическую гра-нецентрированную структуру, в то время как, например, цинк и кадмий - гексагональную, что может оказаться решающим при концентрировании молекул на поверхности адсорбентов, в частности на ГАУ СКТ-3. Для удаления ионов меди из исследуемых адсорбентов можно рекомендовать диатомит, так как он проявил лучшие сорбционные свойства.
Таким образом, по полученным изотермам адсорбции можно заключить, что все типы адсорбентов являются сорбционными материалами с развитой поверхностью, способными адсорбировать ионы тяжелых металлов.
Исходя из анализа изотерм можно заключить, что ГАУ СКТ-3 не имеет явных преимуществ перед диатомитом и осадком при адсорбции ионов исследуемых металлов.
Экспериментальная часть
Для определения емкостей адсорбентов с целью построения изотерм адсорбции использовалась следующая методика. В шесть плоскодонных колб емкостью 250 мл помещались навески адсорбента по 0.5 г. Затем в колбы заливалось по 200 мл раствора, содержащего те или иные ионы тяжелых металлов, в следующих концентрациях:
№ колб 1 2 3 4 5 6
конц., мг/л 200 400 800 1200 1600 2000
Колбы, с находящимися в них навесками адсорбента и соответствующим раствором, плотно закрывались пробками и энергично встряхивались в течение трех часов (до наступления адсорбционного равновесия). Затем адсорбент отфильтровывался и в фильтратах определялись равновесные концентрации ионов тяжелых металлов фотоколориметрическим методом [2].
Количество ионов адсорбированное 1 г угля, мг/г, рассчитывали по формуле:
(С0 - Ср)
Г =—-------* 200 ,
1000 * 0.5
где Со - исходная концентрация ионов, мг/л; Ср - конечная концентрация ионов, мг/л; 200 - объем раствора, мл; 0.5 - вес угля, г; 1000 - переход от мл к л.
Зная емкости Г исследуемых адсорбентов, при различных равновесных концентрациях Сг(У!), Си(11), 7п(1!) и СЬ(!!), построили изотермы адсорбции (рис. 1 - 4).
Литература
1. Парфит Г., Рочестер К. Адсорбция из растворов на поверхности твердых тел. - М.: Мир, 1986. - 448 с.
2. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. - М.: Химия, 1984. - 448 с.
© Д. Ю Морозов - асп. каф. химической кибернетики КГТУ; М. В. Шулаев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; В. М. Емельянов - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; Е. Н. Нуруллина -канд. техн. наук, ассис. той же кафедры.
