ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЫШЬЯКА АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕМ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ЕГО РЕГЕНЕРАЦИЕЙ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Исаханова А/Г., Алиев З.М., Омарова СО. Извлечение мышьяка активированным углем с последующей его регенерацией

УДК 504.4.064.47:546.19

Извлечение мышьяка активированным углем с последующей его

регенерацией

Л, Т. Исаханова, З.М. Алиев, С. О. Омарова

Мышьяк является одним из наиболее распространенных токсичных компонентов биосферы. Соединения мышьяка применяются для защиты растений от вредителей. Попадая в грунтовые и подземные воды, они загрязняют их, что в конечном итоге способствует появлению различных заболеваний животных и человека. В связи с этим возникает необходимость в локальной очистке природных вод от соединений мышьяка. Часто для их очистки применяют сорбционные методы, используя активированные угли [1].

В последнее время получили развитие исследования по сорбции неорганических ионов на поверхности углеродистых материалов [2]. Наиболее известными являются процессы сорбции ионов тяжелых металлов, в то время как использование закономерностей адсорбции на активированном угле (АУ) соединений мышьяка недостаточно изучены.

Цель рабо ты - изучение адсорбции арсенит- и арсенат-ионов на активированном угле с последующей их регенерацией. Экспериментальные исследования [3, 4] показали, что уголь, не обладающий полярностью, способен избирательно адсорбировать ионы электролитов, кроме того, на нем могут протекать и процессы обменной адсорбции.

Работа была выполнена на модельных растворах. Предварительно был установлен характер адсорбции арсенит-ионов по методике, описанной в работе [5]. Равновесную концентрацию арсенит-ионов контролировали пермангатометрическим или броматометрическим титрованием.

При адсорбции изменяется рН среды. С точки зрения Шилова-Чмутова сорбционные свойства обычного активированного угля - анионообменника объясняются наличием на его поверхности основных групп. На поверхности АУ находятся [4] группы, способные обмениваться на анионы, посылая взамен их в раствор эквивалентное количество гидроксильных ионов, т. е. ведут себя подобно аниониту в гидроксильной форме:

И. - ОН" + А~ Я - А~ + ОН".

В статических условиях определена сорбционная емкость АУ по арсе-нит-иону. Для этого в стакан емкостью 100 мл помещали 50 мл 0,025 М раствора №3АзОз и вносили в раствор 1 г АУ, и через каждые 5 мин измеряли остаточную концентрацию мышьяка. Адсорбция анионов мышьяка оценивалась по уменьшению их концентрации в растворе. Концентрацию до и после адсорбции определяли перманганатометрическим методом. По такой же методике была определена адсорбционная емкость АУ по арсенат-иону. Только контроль за содержанием мышьяка до и после сорбции осуществляли фотометрическим методом (рис. 1).

Исаханова А.Т., Алиев З.М., Омарова С.О. Извлечение мышьяка активированным углем с последующей его регенерацией__________

А, моль/г

Рис. I. Зависимость величины адсорбции Аз (III) и Аз (V) от времени контакта с АУ: 1 - Аб (III); И-Аз (V)

Как видно из рис. 1, сорбционная емкость по арсенит- и арсенат-ионам составляет 0,35 - 0,42 ммоль/л. Выдержка угля в растворах солей мышьяка приводит к продолжению сорбции данных анионов.

Десорбцию соединений мышьяка проводили растворами гидроксида натрия и соляной кислотой разной концентрации. Работа проводилась в динамическом режиме. Через слои АУ массой 30 г, находящегося в адсорбционной колонке, предварительно пропускали 0,025 М растворы солей Ав (111) и Аб (V). Содержание этих ионов в фильтрате контролировали объемными и фотометрическими методами соответственно. Эффективность извлечения рассчитывали по формуле:

а - ^^-100 %,".

где а - эффективность извлечения, %; С0 - начальная концентрация Аэ (111) или Аз (V); Ск - концентрация Аз (111) или Аз (V) в фильтрате.

Исаханова А.Т,, Алиев З.М., Омарова С.О. Извлечение мышьяка активированным углем с последующей его регенерацией_

Оказалось, что в этих условиях арсенит-ионы сорбируются на 50 -60 %, а арсенат-ионы - на 85 %.

Результаты проведенных исследований приведены в табл. 1-5.

Таблица 1. Зависимость десорбции Аз (III) от концентрации гидроксида натрия (динамическим методом) = 1 г> ™сорб = 30 г, = 50 мл

NaOH, М 0,025 0,05 0,10 0,20

Вымыто, % 95,93 98,00 91,67 88,46

Цвет фильтрата желтый коричневый темно-коричневый черный

Таблица 2. Зависимость десорбции As (III) от концентрации соляной кислоты (динамическим методом) m^^ 1 г> wcoP6 = 30 г, УПа Z2Z 50 мл

НС1.М 0,025 0,05 0,10 0,20

Вымыто, % 52,76 67,96 71,84 67,78

Цвет фильтрата желтый бесцветный бесцветный бесцветный

На десорбцию влияет температура раствора. Данные приведены в табл. 3, из которой видно, что максимальная десорбция наблюдается в интервале температур 70 - 80 °С.

Таблица 3. Зависимость десорбции As (III) от температуры 0,1 М раствора HCl mNa3ÄSQ3 = 1 г, /исорб = 30 г, КНС1 = 50 мл

t, "с 25 30 40 50 60 70 80 90

Вымыто, % 60,11 | 57,22 60,99 77,46 80,00 92,35 91,35 78,61

При регенерации же арсенатов лучше использовать 0,05 М раствор соляной кислоты, десорбция составляет 99 %. При этом растворы получаются бесцветными (габл. 4 и 5).

Таблица 4. Зависимость десорбции Аз (V) от концентрации гидроксида натрия (динамическим методом) /Идгд = 1 г, тсор6 = 30 г, КМа0н = 50 мл

NaOH, М 0,025 0,05 0,10 0,20

Вымыто, % 75,70 86,50 67,46 61,34

Цвет фильтрата желтый мутный коричневый темно-коричневый

Таблица 5. Зависимость десорбции Аб (V) с АУ от концентрации соляной кислоты (динамическим методом) = * г' тоорб ~ 30 г, Уиа = 50 мл

НС1,М 0,025 0,05 0,10 0,20

Вымыто, % 27,5 98,6 56,2 34,5

Цвет фильтрата бесцветный бесцветный бесцветный желтый

Исаханова А.Т., Алиев З.М., Омарова С.О. Извлечение мышьяка активированным углем с последующей его регенерацией

Арсенит лучше всего вымывается 0,05 М раствором гидроксида натрия, десорбция составляет 99 %, однако получаются окрашенные растворы (табл. 1). В случае же применения растворов соляной кислоты лучше де-сорбировать 0,01 М раствором, десорбция составляет 72% и полученные растворы бесцветны (табл. 2).

Таким образом. 1) установлен ионообменный механизм сорбции арсенит- и арсенат-ионов на активированном угле; 2) сорбционная емкость активированного угля по арсенит- и арсенат-ионам, определенная в статических условиях, составила 0,35 - 0,42 ммоль/г; 3) десорбция арсенита эффективно протекает при температуре 70 °С 0,1 М раствором HCl, а арсената -

0.05.М раствором 11С 1. Процент десорбции при этом составляет 92,3 и 99 % соответственно.

Литература

1. Дубинин ММ Физико-химические основы сорбционной техники. - М.: ОНТИ, 1985.

2. Абакаров А.Н., Свешникова Д.А., Дрибинский A.B. и др. Адсорбционные свойства поляризованных углей. Адсорбция Sn2+ и Са2+ на предварительно поляризованных углях // Ж-л физ. химии, 1993. Т. 67. № 7. - С. 144.

3. Воющий С. С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1980. - С. 63, 148 — 153.

4. Тарковская И.А. Окисленный уголь. - Киев: Наукова думка, 1981. - С. 5 -21, 194.

5. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Под ред. ЮГ. Фролова и A.C. Гродского. - М.: Химия, 1986. - С. 40-43.