CC BY
17
УДК 669.849
Гакиев А.Л., Вей Мое Аунг, Трошкина И.Д.
КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ РЕНИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛО-ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫМ АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЕМ
Гакиев Адам Лечиевич, студент 5 курса Института материалов современной энергетики и нанотехнологии; Вей Мое Аунг, аспирант кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе; Трошкина Ирина Дмитриевна, д.т.н., профессор, профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, e-mail: tid@rctu.ru.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Изучена кинетика адсорбции рения из сернокисло-хлоридных растворов активированными углями, модифицированными углеродными нанотрубками NWC-Z (Россия). С использованием моделей псевдопервого, псевдовторого порядка, Еловича и внутренней диффузии рассчитаны константы скорости сорбции рения. Установлено, что лучшие результаты по обработке интегральных кинетических кривых получены при применении модели Еловича, что свидетельствует об энергетической неоднородности сорбента.
Ключевые слова: рений, адсорбция, кинетика, активированный уголь, углеродные нанотрубки, модель, константа скорости.
KINETICS OF RHENIUM ADSORPTION FROM SULFURIC-CHLORIDE SOLUTIONS BY NANOMODIFIED ACTIVATED CARBON
Gakiev Adam Lechievich, Wai Moe Aung, Troshkina Irina Dmitrievna D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The kinetics of rhenium adsorption from sulfuric acid-chloride solutions by activated carbons modified with carbon nanotubes NWC-Z (Russia) was studied. Using the pseudo first, pseudo second order, Elovich, and internal diffusion models, the rhenium sorption rate constants are calculated. It was found that the best results on processing integral kinetic curves were obtained using the Elovich model, which indicates the energy heterogeneity of the sorbent.
Keywords: rhenium, adsorption, kinetics, activated carbon, carbon nanotubes, model, rate constant.
Разработка новых материалов и гидрометаллургических методов для глубокого и селективного извлечения микроколичеств редких и дефицитных элементов, связано с тем, что эти элементы присутствуют в полиметалльном сырье. Одним из таких элементов является рений, который из-за своих уникальных физических и химических характеристик нашел широкое применение во многих областях науки и техники. Материалы на основе рения используются в основном для создания жаропрочных суперсплавов, лопаток двигателей и катализаторов для нефтяной промышленности.
Из-за редкости и ограниченности мировых запасов рения, его применение необходимо только в тех областях, где он незаменим.
Сорбционные процессы с применением различных анионитов используются для выделения рения из низкоконцентрированных растворов, в которых он находится в виде перренат-иона со степенью окисления +7 [1]. Рециркуляцию рения проводят из отработавших ресурс лопаток, турбин и катализаторов. Концентрирование рения из товарного элюата возможно благодаря применению специфических сорбционных материалов -ТВЭКСОВ и импрегнатов [1, 2].
Для сорбционных процессов концентрирования рения из растворов полиметалльных руд таких как ренийсодержащее молибденовое сырье, используют
дешевые и наиболее распространенные сорбенты, например, активированные угли [1].
Цель данной работы - изучение кинетики адсорбции рения на наномодифицированных активированных углях российского производства при извлечении из сернокисло-хлоридных растворов.
В работе в качестве исходного угля использовали уголь марки NWC (AQUACARB 207C, Chemviron Carbon, UK), со следующими характеристиками: насыпная плотность 1150-1350 м2/г, адсорбционная емкость по метиленовому синему 230-270 мг/г, насыпная плотность 0,47-0,51 г/см2.
Уголь марки NWC был модифицирован углеродными нанотрубками методом,
разработанным Бураковым А.Е [3].
Эксперименты по сорбционному извлечению рения проводили в статических условиях из сернокисло-хлоридных растворов ([SO42-], 10 г/л; [Cl], 1 г/л), с кислотностью, соответствующей рН 2. Концентрация рения составляла 10 мг/л.
Состав выбранного раствора моделировал состав продуктивных растворов подземного выщелачивания полиметалльных руд [4]. Соотношение фаз уголь : раствор во время сорбции рения составило 1:500 (г : мл).
Кинетику сорбции рения изучали методом ограниченного объема раствора.
Обработку кинетических данных проводили с использованием известных кинетических моделей: псевдопервого, псевдовторого порядка, Еловича и внутренней диффузии [5-7].
На рисунках 1-4 представлены данные, полученные линеаризацией по уравнениям этих моделей.
1,0 0.8
¿0,6 — 0,4 0,2 0.0
20 40 60 80 100 120 Время, мин
Рисунок 1. Моделирование кинетики сорбции перренат-ионов на модифицированном угле NWC-Z по уравнению псевдопервого порядка.
40 30 20 10
0
О)
20 40 60 80 100 120 Время, мин
Рисунок 2. Моделирование кинетики сорбции ионов Яе на модифицированном угле по уравнению псевдовторого порядка.
16
12
U —
О) 8
0
2,5 3,0 3,5 4,0 1п(/)
Рисунок 3. Моделирование кинетики сорбции ионов Яе на модифицированном угле по уравнению Еловича.
16
12
j-i 1-е 2
Рисунок 4. Моделирование кинетики сорбции ионов Яе на модифицированном угле по уравнению внутренней диффузии.
В таблице 1 приведены значения констант скорости рения, рассчитанные по различным кинетическим моделям.
Таблица 1. Константы скорости рения при сорбции наномодифицированным углем
Псевдопервый порядок Псевдовторой порядок Внутренняя диффузия Модель Еловича
lOg(Qe-Qt) = lOgQe -(ki/2,302)t 1/Qt = (1/k2Qe2) + (1/Qe)t Qt = kid t0,5 + C Qt = ^lnuvi:-^-
kj, мин -1 R2 -1 -1 k ,г-мг •мин 2 R2 -1 -0,5 k ,мг- г •мин p R2 -1 в, г-мг R2
0,00156 0,859 0,00101 0,158 0,845 0,889 0,883 0,970
- равновесная сорбционная емкость, мг/г, - сорбционная емкость в момент времени ^ мг/г; С -константа, мг/г; а - начальная скорость сорбционного процесса, гмг -1 мин -1; в - константа скорости Еловича, гмг -1 ; т - время, мин.
Значения коэффициентов корреляции, как видно из данных таблицы, свидетельствуют о том, что кинетические данные по сорбции рения наномодифицированным углем лучше описываются моделью Еловича (R2 = 0,970), что свидетельствует об энергетической неоднородности поверхности угля NWC-Z.
Вывод
Методом ограниченного объема раствора изучена кинетика сорбции рения наномодифицированным углеродными нанотрубками углем NWC-Z. Обработка интегральных кинетических кривых по различным кинетическим моделям позволила установить, что для описания наиболее пригодна модель Еловича (R2 = 0,970), которая
свидетельствует об энергетической неоднородности поверхности угля NWC-Z.
Авторы выражают благодарность кандидату технических наук, доценту Бураковой Ирине Владимировне за предоставленные образцы наномодифицированных углей и консультативную помощь при проведении работы.
Библиографический список
1. Палант А.А., Трошкина И.Д., Чекмарев А.М., Костылев А.И. Технология рения. М.: ООО «Галлея-Принт», 2015. 329 с.
2. Rhenium // Mineral Commodity Summaries, 2020. P.134-135.
3. Бураков А.Е., Буракова Е.А., Ткачев А.Г., Буракова И.В., Туголуков Е.Н. Повышение качественных характеристик адсорбентов при формировании поверхностной структуры углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом углеводородов / Сорбционные и хроматографические процессы, 2013. Т. 13. Вып. 3. С. 334-342.
4. Подземное выщелачивание полиэлементных руд /Лаверов Н.П., Абдульманов И.Г., Бровин К.Г. и др.; Под ред. Лаверова Н.П. М.: Издательство Академии горных наук, 1998. 446 с.
5. Lagergren S. // Kung Sven Veten Hand. 1898. Vol. 24:1, pp. 39-45.
6. Ho Y.S. Review of second-order models for adsorption systems // J. of Hazardous Materials. 2006. V. B136. P. 681-689.
7. Tran H.N., You S.-J., Hosseini-Bandegharaei A., Chao H.-P. Mistakes and inconsistencies regarding adsorption of contaminants from aqueous solutions: A critical review // Water Research. 2017. Vol. 120. P. 88116. DOI: 10.1016/j.watres.2017.04.014.
