Научная статья на тему 'Очистка сточных вод от соединений ртути углеродными сорбентами'

Очистка сточных вод от соединений ртути углеродными сорбентами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
338
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД / РТУТЬ / РЕАГЕНТ ТМТ 15 / ОСАЖДЕНИЕ / АКТИВНЫЕ УГЛИ / СОРБЦИЯ / WASTEWATER TREATMENT / MERCURY / TMT 15 REAGENT / PRECIPITATION / ACTIVE CARBONS / SORPTION

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Фарберова Е.А., Трапезникова А.В., Шадрин Д.С., Тиньгаева Е.А., Морева А.М.

Проблема очистки сточных вод от ионов ртути на сегодняшний день не решена окончательно. Данная работа посвящена исследованию возможности разработки углеродного сорбента с добавкой реагента ТМТ 15, предлагаемого в последнее время для извлечения тяжелых металлов. Приведены результаты исследования возможности осаждения ионов ртути (II) реагентом ТМТ 15, представляющим собой 15 % водно-щелочной раствор тринатриевой соли 1,3,5-триазин-2,4,6-тритиола. Осаждение ионов ртути (II) проводили из модельных растворов сточной воды с содержанием ионов ртути (II) 15,5 и 1,3 мг/дм3. Исследована зависимость образования осадка Hg-TMT от рН осаждения. Установлено, что наибольшая степень извлечения (99,8 %) наблюдается при осаждении ионов Hg2+ реагентом ТМТ 15 из очищаемого раствора в кислой среде. В качестве углеродных сорбентов и носителей активной добавки ТМТ для применения в процессе очистки сточной воды от ртути исследованы активные угли производства АО «Сорбент» г. Пермь. Определение сорбционных характеристик сорбентов по ионам ртути проводили в статическом режиме при содержании ртути в очищаемом растворе 8-10 мг/дм³. Показано, что исследованные образцы активных углей марок АГ-3, КАУ обеспечивают степень очистки до 99,9 %. Для повышения эффективности углеродного сорбента по извлечению ртути из сточных вод проведено импрегнирование образца активного угля АГ-3 водно-щелочным раствором реагента ТМТ 15. Отмечено, что степень извлечения ртути при концентрациях 8,22 и 11,12 мг/дм³ увеличивается с уменьшением содержания ТМТ в сорбенте. Содержание добавки ТМТ в количестве 0,012 г/г сорбента обеспечивает высокую эффективность поглощения ртути.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Фарберова Е.А., Трапезникова А.В., Шадрин Д.С., Тиньгаева Е.А., Морева А.М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

REMOVAL OF MERCURY COMPOUNDS WITH USE OF CARBON SORBENTS IN PROCESS OF WASTEWATER TREATMENT

The problem of mercury ions removal with use of carbon sorbents in process of wastewater treatment has not been finally solved to date. This paper is devoted to research of possibility of development of carbon sorbent with addition of TMT 15 reagent, proposed recently for heavy metals extraction. The article presents the results of the study of the possibility of mercury (II) ions precipitation with TMT 15 reagent, which is 15 % aqueous-alkaline solution of 1,3,5-triazine-2,4,6-tritiol trisodium salt. Mercury (II) ions precipitation was carried out from model waste water solutions with a mercury (II) ion content of 15,5 mg/dm3 and 1,3 mg/dm3. The relationship between the Hg-TMT precipitate formation and the precipitation pH was investigated. It was found that the highest recovery rate (99,8 %) was observed by Hg2+ precipitation with use of TMT 15 reagent from the solution to be purified in an acidic medium. Active carbons produced by JSC "Sorbent" in Perm have been investigated as carbon sorbents and carriers of the TMT 15 active additive for use of mercury ions removal in the process waste water treatment. Mercury ions sorption characteristics of sorbents were determined in static mode with 8-10 mg/dm3 mercury content in the solution to be purified. It is shown that the tested samples of active coals of АG-3, KAU grades provide a purification degree of up to 99,9 %. In order to increase the carbon sorbent efficiency in mercury ions extraction from waste water, a sample of АG-3 active carbon was impregnated by an aqueous-alkaline solution of the TMT 15 reagent. It has been noted that the mercury removal degree at concentrations of 8.22 mg/dm3 and 11.12 mg/dm3 increases as the TMT content decreases. The content of the TMT additive in the sorbent amounts of 0.012 g/g provides the high efficiency of mercury absorption.

Текст научной работы на тему «Очистка сточных вод от соединений ртути углеродными сорбентами»

_ВЕСТНИК ПНИПУ_

2019 Химическая технология и биотехнология № 4

DOI: 10.15593/2224-9400/2019.4.05 УДК 628.316.12

Е.А. Фарберова1, А.В. Трапезникова1, Д.С. Шадрин1, Е.А. Тиньгаева1, А.М. Морева2, А.С. Храмухина2

1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия 2 МБОУ «Лицей № 1», Пермь, Россия

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ РТУТИ УГЛЕРОДНЫМИ СОРБЕНТАМИ

Проблема очистки сточных вод от ионов ртути на сегодняшний день не решена окончательно. Данная работа посвящена исследованию возможности разработки углеродного сорбента с добавкой реагента ТМТ15, предлагаемого в последнее время для извлечения тяжелых металлов. Приведены результаты исследования возможности осаждения ионов ртути (II) реагентом ТМТ 15, представляющим собой 15 % водно-щелочной раствор тринатриевой соли 1,3,5-триазин-2,4,6-тритиола. Осаждение ионов ртути (II) проводили из модельных растворов сточной воды с содержанием ионов ртути (II) 15,5 и 1,3 мг/дм3. Исследована зависимость образования осадка Hg-TMT от рН осаждения. Установлено, что наибольшая степень извлечения (99,8 %) наблюдается при осаждении ионов Hg2+ реагентом ТМТ 15 из очищаемого раствора в кислой среде.

В качестве углеродных сорбентов и носителей активной добавки ТМТ для применения в процессе очистки сточной воды от ртути исследованы активные угли производства АО «Сорбент» г. Пермь.

Определение сорбционных характеристик сорбентов по ионам ртути проводили в статическом режиме при содержании ртути в очищаемом растворе 8-10 мг/дм3. Показано, что исследованные образцы активных углей марок АГ-3, КАУ обеспечивают степень очистки до 99,9 %.

Для повышения эффективности углеродного сорбента по извлечению ртути из сточных вод проведено импрегнирование образца активного угля АГ-3 водно-щелочным раствором реагента ТМТ 15.

Отмечено, что степень извлечения ртути при концентрациях 8,22 и 11,12 мг/дм3 увеличивается с уменьшением содержания ТМТ в сорбенте. Содержание добавки ТМТ в количестве 0,012 г/г сорбента обеспечивает высокую эффективность поглощения ртути.

Ключевые слова: очистка сточных вод, ртуть, реагент ТМТ 15, осаждение, активные угли, сорбция.

E. Farberova1, A. Trapeznikova1, D. Shadrin1, E. Tingaeva1, A. Moreva2, A. Khramukhina2

1 Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation 2 Lyceum No. 1, Perm, Russian Federation

REMOVAL OF MERCURY COMPOUNDS WITH USE OF CARBON SORBENTS IN PROCESS OF WASTEWATER TREATMENT

The problem of mercury ions removal with use of carbon sorbents in process of wastewater treatment has not been finally solved to date. This paper is devoted to research of possibility of development of carbon sorbent with addition of TMT 15 reagent, proposed recently for heavy metals extraction. The article presents the results of the study of the possibility of mercury (II) ions precipitation with TMT 15 reagent, which is 15 % aqueous-alkaline solution of 1,3,5-triazine-2,4,6-tritiol trisodium salt. Mercury (II) ions precipitation was carried out from model waste water solutions with a mercury (II) ion content of 15,5 mg/dm3 and 1,3 mg/dm3. The relationship between the Hg-TMT precipitate formation and the precipitation pH was investigated. It was found that the highest recovery rate (99,8 %) was observed by Hg2+ precipitation with use of TMT 15 reagent from the solution to be purified in an acidic medium.

Active carbons produced by JSC "Sorbent" in Perm have been investigated as carbon sorbents and carriers of the TMT 15 active additive for use of mercury ions removal in the process waste water treatment.

Mercury ions sorption characteristics of sorbents were determined in static mode with 8-10 mg/dm3 mercury content in the solution to be purified. It is shown that the tested samples of active coals ofАО-3, KAU grades provide a purification degree of up to 99,9 %.

In order to increase the carbon sorbent efficiency in mercury ions extraction from waste water, a sample of АО-3 active carbon was impregnated by an aqueous-alkaline solution of the TMT 15 reagent.

It has been noted that the mercury removal degree at concentrations of 8.22 mg/dm3 and 11.12 mg/dm3 increases as the TMT content decreases. The content of the TMT additive in the sorbent amounts of 0.012 g/g provides the high efficiency of mercury absorption.

Keywords: Wastewater treatment, mercury, TMT 15 reagent, precipitation, active carbons, sorption.

По статистическим данным на промышленных предприятиях России используется около 1800 т ртути в год. Ртуть преимущественно применяется в качестве катода при электролизе рассолов для получения хлора и каустика, при этом образуются сточные воды и осадки, направляемые на захоронение.

Ртуть токсична для человека в любой форме, поэтому технологиям демеркуризации сточных вод всегда уделялось особое внимание.

В настоящее время для очистки сточных вод от ртути применяются экстракционные, флотационные, адсорбционные методы, а также

методы восстановления до металлической ртути и методы осаждения в виде малорастворимых соединений.

Флотационный метод удаления ртути из сточных вод основан на адсорбции поверхностно-неактивных частиц (ионов, взвешенных или коллоидных частиц) на поверхности раздела жидкость - газ, на которой уже имеется адсорбированный слой поверхностно-активного вещества (ПАВ). Метод изучен достаточно подробно. Известны способы флотационного выделения коллоидно-растворенной металлической ртути и ее оксида [1], которые испытаны на растворах, моделирующих сточные воды производства каустической соды. Исследования показали возможность флотационного выделения ртути на 96-99 %.

Известен целый ряд работ по применению экстракционного метода в очистке сточных вод от ртути. В работе [2] предложен способ получения Н^ из сточных вод экстракцией ртути с использованием гу-миновой кислоты. В качестве экстрагентов предлагают использовать монотионафтеновые кислоты, раствор тиоэтилацетоацетата в хлороформе [3] и др. Флотационные и экстракционные методы очистки обеспечивают остаточную концентрацию ртути в очищенном растворе 0,005 мг/дм3 [4].

Восстановительный метод основан на восстановлении окисленной ртути до металлического состояния органическими и неорганическими веществами, электрохимическим способом, а также металлами с последующим выделением элементарной ртути из сточных вод. Для восстановления ртути могут быть использованы: боргидрид натрия, гидразингидрат [5] и др. Результаты опубликованных работ показывают целесообразность применения восстановительных методов очистки сточных вод от ртути с последующим выделением элементарной ртути и возврата ее в технологический процесс. Однако для промышленных условий этот метод рекомендован только для очистки высококонцентрированных по ртути сточных вод.

Ионообменный метод очистки сточных вод от ртути основан на сорбции двухвалентной ртути ионообменными смолами. Этот метод продолжает оставаться и одним из самых перспективных. Применение наряду с минеральными, в том числе и углеродными сорбентами, синтетических ионообменных смол, отличающихся высокой избирательностью и возможностью селективного извлечения микрокомпонентов, обусловили широкое применение ионного обмена для извлечения ценных металлов из сточных вод, в том числе и ртути [6, 7]. Сорбционные

методы очистки могут быть эффективно применены только на стадиях доочистки сточных вод при концентрациях ионов ртути менее 0,1 мг/дм3.

Пути совершенствования описанного ионообменного метода направлены на разработку и применение новых, более селективных к ионам ртути сорбционных материалов.

Одним из наиболее распространенных методов промышленной очистки сточных вод от ртути является метод осаждения ее в виде труднорастворимого соединения, чаще всего в виде сульфида ртути:

И§2+ + Б2- ^ И§Б.

В качестве осадителя - сульфидного реагента, как правило, используют сульфид и гидросульфид натрия, сероводород или водную суспензию мелкодисперсной серы [8]. Перешедшую в осадок ртуть в виде нерастворимого соединения отделяют фильтрованием или отстоем.

Представленные результаты различных исследователей свидетельствуют о том, что несмотря на достаточно широкий спектр возможностей технологий очистки сточных вод от ртути, в основе которых лежит процесс перевода ртути в труднорастворимые соединения, они обладают существенным недостатком: позволяют снизить содержание ртути в сточных водах только до 0,002-0,005 мг/дм3.

В настоящее время для осаждения ионов тяжелых металлов, в том числе ртути, предлагается использовать реагент ТМТ 15. Реагент представляет собой 15%-ный водно-щелочной раствор тринатриевой соли 1,3,5-триазин-2,4,6-тритиола (ТМТ). Натриевая соль реагирует с ионами ртути в водном растворе с образованием стабильного и нерастворимого осадка. ТМТ связывается с ртутью путем образования координационного полимера, содержащего ионы ртути, связанные прочной связью с атомами Б. Атом N в триазиновом кольце является донором электронов, за счет чего и происходит образование координационных связей с ионами ртути (II). На рис. 1 представлена схема образования донорно-акцепторной связи ионов ртути (II) и молекулы ТМТ.

I

/ в /

8 — С С

-Н^м N Х \

\

Рис. 1. Структура комплексов Ие-тыт 15

Таким образом, ТМТ реагирует как сложная молекула, образуя структуру металлоорганического соединения. Осадки металл-ТМТ обладают, как и сульфиды металлов, крайне низкой растворимостью в воде. Однако, в отличие от сульфидов, они не растворяются в широком диапазоне рН. Осаждение ионов тяжелых металлов реагентом ТМТ 15 проводится обычно при рН 6-8 [9]. Для некоторых металлов осаждение ТМТ-металл может проводиться в более кислой или щелочной среде.

Реакцию взаимодействия ионов ртути (II) с ТМТ можно представить следующей схемой [10]:

3Н§2+ + 2 ТМТ3- ^ Н§зТМТ2^

Использование реагента ТМТ 15 при осаждении тяжелых металлов обладает рядом преимуществ [10]. При его хранении и использовании не образуются токсичные продукты распада, такие как сероводород и сероуглерод. Реагент эффективен в широком диапазоне рН в кислых и щелочных сточных водах.

Осадки металл-ТМТ представляют собой крупные хлопья, легко отделяются от сточных вод и хорошо обезвоживаются. Осадки металл-ТМТ не реагируют с разбавленными кислотами и поэтому весьма безопасны при хранении в местах депонирования. Однако при использовании реагента ТМТ 15 требуется применение коагулянта.

Использование известных, широко применяемых реагентов-осадителей не всегда обеспечивает требуемую степень извлечения тяжелых металлов из сточных вод, что приводит к необходимости дополнительной очистки другими методами. В связи с этим актуальной проблемой являются совершенствование существующих методов или применение новых реагентов для очистки сточных вод, содержащих ионы ртути.

Активные угли по отношению к ионам тяжелых металлов, в том числе и ртути, имеют невысокую сорбционную емкость. Однако модифицирование их поверхности может привести к повышению сорб-ционной емкости углеродных материалов.

Целью данной работы являлось исследование возможности очистки ртутьсодержащих сточных вод с помощью реагента ТМТ 15 как в индивидуальном, так и в нанесенном на носитель состоянии.

Экспериментальная часть. Для осаждения ртути был использован модельный раствор сточной воды с содержанием ионов ртути (II) 15,5 и 1,3 мг/дм3. В раствор ртути объемом 50 см3 добавляли 0,5 или

1 см3 ТМТ15. Исследовали зависимость образования осадка Hg-TMT от рН, подкисляя либо подщелачивая раствор. Условия осаждения представлены в табл. 1.

Определение содержания ртути производилось методом атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной плазмой на приборе Thermo iCAP 6500 Duo с проточной ртутно-гидридной системой, предел обнаружения ртути - 0,01 мкг/дм3. В качестве восстановителя ионов ртути в анализируемой пробе использовался 0,5%-ный раствор тетрагидробората натрия, стабилизированный 0,5%-ным раствором гидроксида натрия.

Пересчет концентрации ртути в абсолютную массу ртути в растворе проведен по формуле

CHg-V m =—s-,

a 1000

где ma - абсолютная масса в растворе; CHg - концентрация ртути в растворе; V - объем пробы.

Для исследования влияния различных факторов на осаждение ионов ртути из модельного раствора были проведены эксперименты, результаты которых представлены в табл. 1. После осаждения ионов ртути реагентом ТМТ полученные осадки отделяли от очищаемой воды фильтрованием через бумажный фильтр. В фильтрате определяли остаточное содержание ртути. Фильтры с осадком сушили при температуре 70 °C, после сушки определяли массу полученных осадков и на основании результатов анализа содержания ртути в исходном растворе и после осаждения рассчитывали количество ртути, перешедшей в осадок. Результаты исследований и расчеты представлены в табл. 1.

Наибольшая степень извлечения ионов ртути (II) наблюдалась при осаждении ионов ртути (II) реагентом ТМТ 15 из очищаемого раствора в кислой среде (опыты 2, 3, 4, 6). Масса образующегося осадка возрастала при использовании коагулянта. По данным эксперимента было выявлено, что степень извлечения ионов ртути из раствора может достигать максимального результата - 99,8 %.

В настоящее время в процессах очистки сточных вод различного состава, в том числе содержащих ионы тяжелых металлов, широко используют различные марки активных углей [11-13].

ю

Таблица 1

Результаты осаждения ионов ртути реагентом ТМТ 15 из модельного раствора

Номер опыта Исходная СНв, мг/дм3 Объем ТМТ 15, см3 Среда Масса осадка, г СН% в растворе после осаждения, мг/дм3 Масса Н§ в растворе после осаждения, мг Степень извлечения,% Масса ртути, перешедшая в осадок, мг

1 15,49 1,0 Нейтральная 0,416 0,263 0,013 98,3 0,761

2 15,49 1,0 Кислая 0,057 0,032 0,0015 99,8 0,773

3 15,49 0,5 Нейтральная 0,294 0,048 0,0023 99,7 0,772

4 15,49 0,5 Кислая 0,089 0,127 0,0063 99,2 0,768

5 1,299 1,0 Нейтральная 0,195 0,063 0,0031 95,2 0,0618

6 1,299 0,5 Кислая 0,089 0,0126 0,00063 99,03 0,0643

7 1,299 1,0 Кислая 0,137 0,0507 0,0025 96,1 0,0624

8 1,299 0,5 Нейтральная 0,265 0,0571 0,0029 95,6 0,0620

Ф ^з

С\

^з о

Ой Й

Тра

а

п

то

з

я

РЧ О Ой Й

п

Я

^3

С целью изучения возможности применения активных углей как сорбентов и как носителей активных по отношению к ионам ртути добавок проведены работы по исследованию сорбционных свойств четырех марок промышленных активных углей производства АО «Сорбент» г. Пермь: АГ-3; АГ-5; БАУ МФ; КАУ. Анализ параметров пористой структуры образцов проводился с использованием быстродействующего анализатора сорбции газов «К0УА-1200 е» методом физической адсорбции азота при 77 К. Характеристики пористой структуры исследованных активных углей приведены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристики пористой структуры исследованных активных углей

Марка АУ 8 БЭТ, м2/г 8 м2/г ^0, см3/г Vми, см3/г Vме, см3/ г Е -^ед кДж/моль

КАУ 1005 1114 0,41 0,40 0,03 23,517

БАУ МФ 757 860 0,43 0,31 0,15 20,785

АГ-5 1058 1229 0,59 0,44 0,13 15,660

АГ-3 962 1102 0,47 0,39 0,06 16,132

Выбранные для исследования активные угли получены из разных видов сырья: АГ-3 и АГ-5 - гранулированные на основе каменноугольного сырья; БАУ-МФ - березовый активный уголь; КАУ - на основе кокосовой скорлупы.

Определение сорбционных характеристик АУ по сорбции ртути проводили в статическом режиме. Навески активного угля 2,5 г помещали в 50 см3 очищаемого раствора с концентрациями ионов ртути (II) 8,436 и 10,11 мг/дм3 и перемешивали на качалке в течение заданного времени (20, 40 и 60 мин) при скорости 120 об/мин. Результаты эксперимента представлены в табл. 3.

Исследованные образцы АУ марок АГ-3, КАУ обеспечивают достаточно высокую степень очистки до 99,9 %. Равновесие в процессе между адсорбированными ионами ртути и ионами в очищаемом растворе практически для всех исследованных образцов АУ устанавливается в течение 20 мин контакта. Увеличение содержания ртути в очищаемом с 8,4 до 10,1 мг/дм3 приводит к возрастанию емкости всех образцов активных углей на 30 %, за исключением АУ марки КАУ.

Таблица 3

Определение сорбционных характеристик промышленных углей

по ионам Н§2+

Марка угля Время контакта, мин Сш в растворе после очистки, мг/дм3 Емкость сорбента, мг/г сорбента Степень извлечения ртути,%

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Исходная концентрация очищаемого раствора 8,436мг/дм3

АГ-3 20 0,7961 0,15003 90,56

АГ-3 40 0,4524 0,1485 94,63

АГ-3 60 1,075 0,1422 87,25

АГ-5 20 0,5144 0,15103 93,90

АГ-5 40 0,9442 0,14365 88,80

АГ-5 60 1,048 0,14361 87,57

БАУ-МФ 20 2,620 0,11909 68,94

БАУ-МФ 40 1,364 0,13343 83,83

БАУ-МФ 60 1,290 0,13035 84,70

КАУ 20 0,3234 0,16043 96,16

КАУ 40 0,2926 0,22955 96,53

КАУ 60 0,3783 0,22678 95,51

Исходная концентрация очищаемого раствора 10,11 мг/дм3

АГ-3 20 0,0258 0,20168 99,74

АГ-3 40 0,0376 0,20114 99,62

АГ-3 60 0,0059 0,20208 99,94

АГ-5 20 0,0152 0,20189 99,84

АГ-5 40 0,0876 0,20044 99,13

АГ-5 60 0,0636 0,20092 99,37

БАУ-МФ 20 0,0299 0,20160 99,70

БАУ-МФ 40 0,1013 0,20017 98,99

БАУ-МФ 60 0,0496 0,20120 99,50

КАУ 20 0,0340 0,20152 99,66

КАУ 40 0,0226 0,20174 99,77

КАУ 60 0,0391 0,20141 99,61

С целью повышения эффективности углеродного сорбента по извлечению ртути из сточных вод проведено импрегнирование образца активного угля водно-щелочным раствором реагента ТМТ 15. Для исследований выбран активный уголь производства АО «Сорбент» г. Пермь марки АГ-3.

Нанесение ТМТ на активный уголь осуществляли следующим образом: образцы массой по 10 г активного угля обрабатывали растворами реагента ТМТ с концентрациями от 1,5 до 15 % в течение 30 мин при постоянном перемешивании. Далее образцы сушили на воздухе.

Сорбционные испытания проводили в статическом режиме. Для исследований использовали модельные растворы с концентрацией ртути 8,22 и 11,12 мг/дм3, приготовленные на 1%-м растворе хлорида натрия. Результаты исследования представлены в табл. 4.

Таблица 4

Сорбционная характеристика образцов АГ-3-ТМТ по ионам ртути

Номер образца Содержание ТМТ, г/г сорбента Степень извлечения ртути, % Количество поглощенной ртути

мг/г сорбента мг/г ТМТ

Раствор с концентрацией ртути 8,22 мг/дм3

1 0,12 80,50 0,18 1,5

2 0,06 85,06 0,19 3,17

3 0,04 82,90 0,18 4,5

4 0,024 93,80 0,21 8,75

5 0,012 97,10 0,21 17,42

6 - 72,60 0,12 -

Раствор с концентрацией ртути 11,12 мг/дм3

1 0,12 80,80 0,13 1,10

2 0,06 85,98 0,20 3,30

3 0,04 81,20 0,14 3,40

4 0,024 95,76 0,15 6,42

5 0,012 95,79 0,16 13,33

6 - 87,20 0,141 -

Степень извлечения ртути при концентрациях 8,22 и 11,12 мг/дм3 увеличивается с уменьшением содержания ТМТ на 1 г сорбента. Максимум извлечения приходится на содержание 0,012 г ТМТ на 1 г сорбента (рис. 2). Аналогичная зависимость наблюдается и для сорбцион-ной емкости сорбента (рис. 3).

Для изучения удерживающей способности ртути исследованными образцами углеродных сорбентов была произведена отмывка дистиллированной водой насыщенных ионами ртути образцов углеродных сорбентов. Для этого отработанные образцы помещали в 50 см3 дис-

тиллированной воды и перемешивали на качалке в течение 30 мин со скоростью 120 об/мин. Фильтрат анализировался на содержание ртути. На основании полученных данных определено количество ртути, перешедшей в воду с отработанного сорбента, и удерживающая способность сорбента по отношению к ртути на поверхности сорбента.

](Ю 95 90 =с* 85 80 75

-•- С'Не 8.22 мг/дм1 -■- СНе 11.12 мг/дм-'

Рис. 2. Зависимость степени извлечения ртути от содержания ТМТ в сорбенте

-1-1-1-1-

0,012 0,024 0,04 0,06 0,12

Сшг, г/г сорбента

-*- с„е плгмг/дм1 -■- С„6 8,22 мг/дм3

Рис. 3. Зависимость количества поглощенной ртути от содержания ТМТ в сорбенте

Содержание ртути в промывной воде при концентрации 11,12 мг/дм3 в несколько раз меньше, чем при меньшей концентрации. Количество ртути, перешедшей в раствор с 1 г образца сорбента 4, отработанного при концентрации 11,12 мг/дм3, в 20 раз меньше, чем при концентрации 8,22 мг/дм3 (табл. 5).

Таблица 5

Поглотительная и удерживающая способность модифицированного

углеродного сорбента

Номер образца Содержание ТМТ, г/г угля Количество ртути, поглощенной, мг/г сорбента Содержание ртути в сорбенте после отмывки водой, мг/г сорбента Доля отмытой с сорбента ртути, % Удерживающая способность, %

11,12 мг/дм3 8,22 мг/дм3 11,12 мг/дм3 8,22 мг/дм3 11,12 мг/дм3 8,22 мг/дм3 11,12 мг/дм3 8,22 мг/дм3

1 0,12 0,132 0,181 0,1318 0,1786 0,081 0,219 99,92 99,23

2 0,06 0,198 0,192 0,1978 0,1895 0,083 0,247 99,92 99,75

3 0,04 0,136 0,182 0,1358 0,1790 0, 100 0,550 99,90 99,45

4 0,024 0,154 0,210 0,1539 0,2079 0,059 0,962 99,94 99,04

5 0,012 0,160 0,209 0,1599 0,2088 0,060 0,088 99,94 99,91

6 - - 0,12 - 0,1198 - 0,167 - 99,83

С уменьшением содержания ТМТ на 1 г угля при обеих концентрациях увеличивается количество поглощенной ртути, а отмытой ртути уменьшается, при этом удерживающая способность сорбента по отношению к ионам ртути возрастает.

Принимая во внимание механизм взаимодействия ионов ртути с ТМТ и результаты проведенных исследований, найдено отношение массы поглощенной сорбентом ртути (ммоль) к количеству ТМТ, нанесенному на поверхность активного угля (ммоль). В табл. 6 приведены результаты расчета.

Таблица 6

Сорбционная емкость образцов сорбентов

Номер образца Содержание ТМТ в сорбенте, г/г сорбента Количество ммоль ТМТ / г сорбента Сорбционная емкость сорбентов при концентрации очищаемых растворов

11,12 мг/дм3 8,22 мг/м3

мг И§/ г ТМТ ммольБ^/м моль ТМТ мг И§/ г ТМТ ммольБ^/м моль ТМТ

1 0,120 0,490 1,10 0,010 1,500 0,015

2 0,060 0,250 3,30 0,066 3,166 0,063

3 0,040 0,160 3,40 0,010 4,500 0,140

4 0,024 0,099 6,42 0,320 8,750 0,440

5 0,012 0,050 13,33 1,320 17,420 1,730

Теоретически стехиометрическое соотношение ионов ртути (II) и ТМТ при химическом взаимодействии составляет 3 : 2 или 1,5 : 1. В экспериментальных исследованиях близкое к теоретическому получено при меньшем содержании ТМТ в сорбенте 1,32-1,73. Анализ закономерностей изменения сорбционной емкости сорбента от содержания ТМТ подтверждает, что добавки ТМТ в количестве 0,012 г/г достаточно для создания высокоэффективного сорбента для очистки сточной воды от ртути.

Работа выполнена с использованием научного оборудования НОЦ «Технологии сорбентов и катализаторов» ПНИПУ.

Список литературы

1. Флотационные выделения коллоидно-растворенной металлической ртути и ее оксида, собранных с помощью ацетата калия / Л.Д. Скрылев, С.К. Бабинец [и др.] // Химия и технология воды. - 1986. - Т. 8, № 3. -С.77-79.

2. Chaodong J., Fong Z., Hang Z. Reduction of Hg content by extraction with humic acid from the bottom sediments of the Sunghua river // Huanjing huaxue, Enboron Chem. - 1984. - Vol. 3, № 3. - Р. 26-31.

3. Tarao L., Kunishige N., Shinsire T. The extraction of organomercury with 8-quinolinol into benzene // Bull. Chem, Sos. Jap. - 1984. - Vol. 57, № 8. -P.2271-2275.

4. Зубков А.А., Шуленина З.М. Использование флотации для снижения загрязнения окружающей среды при производстве ртути // Экология промышленного производства. - 2012. - № 4. - С. 75-78.

5. Оборудование и технология очистки сточных вод, примеры расчета на 022 ЭВМ / В.Н. Филиппов, А.П. Зиновьев [и др.]. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. - 300 с.

6. Napier J.M., Hancher C.M., Hackett G.D. Process for removing metals from water. Patent U.S. 4814091, US, S 02F 1/62. - 1989.

7. Современные технологии обработки воды. Получение питьевой воды высокого качества «Чистая вода» / В.Н. Аликин [и др.]. - М.: Недра, 2014. -Т. 1. - 207 с.

8. Способ очистки сточных вод от ртути / В.И. Баутин, К.А. Мальцев, Г. А. Царева, В.В. Небылица // Технологические аспекты охраны окружающей среды. - 1989. - № 4. - С. 20.

9. TMT 15® Environmentally friendly separation of heavy metals from wastewater [cited 20174/5]. - URL: http://www.tmt15.com/product/tmt15/ Documents/TMT-15-EN.

10. Weiyang L., Shenyu L., Xueting W. Treatment of gas field wastewater with high mercury concentration using heavy metal chelator TMT-15 // Environment Protection of Chemical Industry. - 2015. - No. 35 (5). - P. 461-462.

11. Мухин В.М., Клушин В.Н. Производство и применение углеродных адсорбентов. - М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2012. - 308 с.

12. Применение углеродных сорбентов в технологии очистки сточных вод от ртути / Е.А. Фарберова, М.Б. Ходяшев, В.Ю. Филатов, Н.Б. Ходяшев, Е.А. Тиньгаева, А. Д. Ноздрюхин // Вестник ВГУИТ. - 2018. - Т. 80, № 4. -С.322-329.

13. Фарберова Е.А., Тиньгаева Е.А., Кобелева А.Р. Технология получения активных углей и их применение. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. по-литехн. ун-та, 2018. - 147 с.

References

1. Skrylev L.D., Babinets S.K. et al. Flotatsionnye vydeleniia kolloidno- rastvoren-noi metallicheskoi rtuti i ee oksida, sobrannykh s pomoshch'iu atsetata kaliia [Flotation releases of colloidal dissolved metallic mercury and its oxide collected with potassium acetate]. Khimiia i tekhnologiia vody, 1986, vol. 8, no. 3, pp. 77-79.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Chaodong J., Fong Z., Hang Z. Reduction of Hg content by extraction with hu-mic acid from the bottom sediments of the Sunghua river. Huanjing huaxue, Enboron Chem., 1984, vol. 3, no. 3, pp. 26-31.

3. Tarao L., Kunishige N., Shinsire T. The extraction of organomercury with 8-quinolinol into benzene. Bull. Chem, Sos. Jap., 1984, vol. 57, no. 8, pp. 2271-2275.

4. Zubkov A.A., Shulenina Z.M. Ispol'zovanie flotatsii dlia snizheniia zagriazne-niia okruzhaiushchei sredy pri proizvodstve rtuti [Use of flotation to reduce environmental pollution in mercury production]. Ekologiia promyshlennogo proizvodstva, 2012, no. 4, pp. 75-78.

5. Filippov V.N., Zinov'ev A.P. et al. Oborudovanie i tekhnologiia ochistki stoch-nykh vod, primery rascheta na 022 EVM [Wastewater treatment equipment and technology, calculation examples for 022 COMPUTER]. Ufa, UGNTU, 2003, 300 p.

6. Napier J.M., Hancher C.M., Hackett G.D. Process for removing metals from water. Patent U.S. no. 4814091, US, S 02F 1/62 (1989).

7. Alikin V.N. et al. Sovremennye tekhnologii obrabotki vody. Tom 1. Poluchenie pit'evoi vody vysokogo kachestva «Chistaia voda» [Modern water treatment technologies. Vol.1. Production of drinking water of high quality "Clean water"]. Moscow, Nedra, 2014, 207 p.

8. Bautin V.I., Mal'tsev K.A., Tsareva G.A., Nebylitsa V.V. Sposob ochistki stoch-nykh vod ot rtuti [Method of treating waste water from mercury]. Tekhnologicheskie aspekty okhrany okruzhaiushchei sredy, 1989, no. 4, p. 20.

9. TMT 15® Environmentally friendly separation of heavy metals from wastewater [cited 20174/5]. URL: http://www.tmt15.com/product/tmt15/Documents/TMT-15-EN.

10. Weiyang L., Shenyu L., Xueting W. Treatment of gas field wastewater with high mercury concentration using heavy metal chelator TMT-15. Environment Protection of Chemical Industry, 2015, no. 35(5), pp. 461-462.

11. Mukhin V.M., Klushin V.N. Proizvodstvo i primenenie uglerodnykh adsor-bentov [Production and use of carbon adsorbents]. Moscow, RKhTU im. D.I. Mendeleeva, 2012, 308 p.

12. Farberova E.A., Khodiashev M.B., Filatov V.Iu., Khodiashev N.B., Tin'gaeva E.A., Nozdriukhin A.D. Primenenie uglerodnykh sorbentov v tekhnologii ochistki stochnykh vod ot rtuti [Application of carbon sorbents in waste water mercury treatment technology]. Vestnik VGUIT, 2018, vol. 80, no. 4, pp. 322-329.

13. Farberova E.A., Tin'gaeva E.A., Kobeleva A.R. Tekhnologiia polucheniia aktiv-nykh uglei i ikh primenenie [Technology of receiving active carbons and their application]. Perm', PNRPU, 2018, 147 p.

Получено 26.10.2019

Об авторах

Фарберова Елена Абрамовна (Пермь, Россия) - кандидат химических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: elenafarb@gmail.com).

Трапезникова Анастасия Владимировна (Пермь, Россия) -бакалавр Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: austinanomic6@gmail.com).

Шадрин Дмитрий Сергеевич (Пермь, Россия) - магистрант Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sir.shadrindmitri@yandex.ru).

Тиньгаева Елена Александровна (Пермь, Россия) - кандидат химических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский просп., 29; e-mail: teengaeva@mail.ru).

Морева Анна Михайловна (Пермь, Россия) - учащаяся МБОУ «Лицей № 1» (614013, г. Пермь, ул. Профессора Дедюкина, 8а; e-mail: annam7031@gmail.com).

Храмухина Александра Сергеевна (Пермь, Россия) - учащаяся МБОУ «Лицей № 1» (614013, г. Пермь, ул. Профессора Дедюкина, 8а; e-mail: hramuhinaaa@gmail.com).

About the authors

Elena A. Farberova (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Chemical Sciences, Associate Professor of Chemistry and Biotechnology Department in Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: elenafarb@gmail.com).

Anastasia V. Trapeznikova (Perm, Russian Federation) - Bachelor Student of Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: austinanomic6@gmail.com).

Dmitriy S. Shadrin (Perm, Russian Federation) - Undergraduate Student of Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: sir.shadrindmitri@yandex.ru).

Elena A. Tingaeva (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Chemical Sciences, Associate Professor of Chemistry and Biotechnology Department in Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: teengaeva@mail.ru).

Anna M. Moreva (Perm, Russian Federation) - Student, MBOU "Lyceum No. 1" (8a, Professor Dedyukin str., Perm, 614013; e-mail: annam7031@gmail.com).

Alexandra S. Khramukhina (Perm, Russian Federation) - Student, MBOU "Lyceum No. 1" (8a, Professor Dedyukin str., Perm, 614013; e-mail: hramuhinaaa@gmail.com).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.