CC BY
0ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОД ПЕРМУТИТА ЕГО ИСПЫТАНИЯ
Бердиев Ш. И., Эркабаев Ф. И., Мухаммадиева Д.А.
Тошкент кимё-технология институти таянч докторанти Атроф-мущт ва табиатни мууофаза цилиш технологиялари илмий тадцицот
институти лаборатория мудири, т.ф.д.
Тошкент фармацевтика институти катта уцитувчиси, PhD https://doi.org/10.5281/zenodo.11506684 Аннотация. Известно, что в производстве, для умягчения технических вод, применяют различные сорбенты, в том числе натриевый пермутит, который достаточно хорошо удаляет из технических вод ионы кальция и магния, заменяя их в эквивалентном количестве ионами натрия. При этом вода умягчается, заменяются катионы, но минерализация воды остается, что является проблемой процесса подготовки воды, в качестве нагревающего или охлаждающего агента. В то время как при применении водород пермутита (Н-пермутит) уменьшается солесодержание и резко улучшается работа паровых котлов, особенно паровых котлов высокого давления, а также заметно повышается их КПД.
Ключевые слова: пермутит, треххлористый алюминий, силикат натрия, сорбционная емкость, замена ионов, осаждение, обессоливание, грануляция.
Аннотация. Маълумки, ишлаб чикаришда саноат сувларини юмшатиш учун турли сорбентлар, шу жумладан натрий пермутит ишлатилади, улар саноат сувларидан калций ва магний ионларини яхши тозалайди ва улар эквивалент микдорда натрий ионлари билан алмаштиради. Бундай х,олда сувда катионлар алмашинади, каттиклиги пасаяди, лекин сувнинг минераллашуви сакланиб колади, бу сувни иситиш ёки совутиш агенти сифатида фойдаланишда муаммо тугдиради. Водород пермутит дан (Х,-пермутит) фойдаланиш туз таркибини камайтиради ва буг ъкозонларининг, айникса юкори босимли буг козонларининг иш фаолиятини сезиларли даражада яхшилайди, шунингдек, уларнинг самарадорлигини сезиларли даражада оширади.
Калит сузлар: пермутит, алюминий трихлорид, натрий силикат, сорбсия кобилияти, ион алмашиш, чуктириш, тузсизлантириш, грануляция.
Annotation. It is known that in production, various sorbents are used to soften industrial waters, including sodium permutite, which removes calcium and magnesium ions from industrial waters quite well, replacing them in an equivalent amount with sodium ions. At the same time, the water softens, cations are replaced, but the mineralization of water remains, which is a problem of the water preparation process, as a heating or cooling agent. While the use of hydrogen permutite (N-permutite) reduces the salinity and dramatically improves the operation of steam boilers, especially high-pressure steam boilers, and also significantly increases their efficiency.
Keywords: permutite, aluminum trichloride, sodium silicate, sorption capacity, ion exchange, precipitation, desalination, granulation
Одной из важнейших задач современной науки является создание безопасных и эффективных технологий водопользования. Поэтому проблема поиска и изучение возможности применения дешевых и эффективных материалов для очистки сточных вод является весьма актуальной. Сорбенты по назначению получаются различными способами и из различных минеральных синтетических материалов. В настоящее время области применения сорбентов различного происхождения в промышленных производствах
достаточно разнообразны. Традиционно, широко используются природные минералы, такие как бентонит (монтмориллонит), каолинит, биотит, вермикулит, глауконит считающиеся эффективными и перспективными при умягчении промышленных сточных вод и очистке тяжелых металлов и не только [1-5]. Адсорбционные свойства природных минералов объясняются их химическим, минералогическим составом, пористостью, а также слоистой структурой кристаллов и дисперсностью их частиц [6]. В ряде работ для переработки нефти, умягчения технологической воды, очистки гальванических сточных вод, для восстановления и выделения некоторых ионов тяжелых металлов, предлагается использовать сорбенты, полученные на основе торфа и древесной стружки, где целлюлоза в составе древесных опилок играет роль восстановителя [7].
В последнее десятилетие, наибольшее применение нашли природные и синтетические цеолиты [8]. Наличие полостей и каналов в микроструктуре цеолитов, а также достаточно большая свобода движения катионов и молекул воды определяют их уникальные свойства, совмещение, как адсорбционных свойств, так и ионообменных.
Процесс получения исследуемого адсорбента Н-пермутита состоял из следующих этапов: в дистиллированной водe растворяли отдельно NaSiOз•9H2O (силикат натрия) и AlClз (треххлористый алюминий), при периодическом перемешивании в течении 10 мин. Химизм реакции данного процесса можно описать в виде нижеследующего уравнения: 2ЛЮ1з + 3 Na2SiOз•9H2O + Н2О = Н2AhSi2O8 • п ШО| + ШаС1 + &О2
Для изучения сорбционной ёмкости исследуемого адсорбента Н-пермутита, были подготовленны 4 образца Н-пермутита, полученных при различных соотношениях компонентов:
Образец №1 - в 2 л дистиллированной воде растворяли 46 гр NaSiOз•9H2O и в 1 л дистиллированной воды 3,5 гр AlClз;
Образец №2 - в 2 л дистиллированной воды растворяли 23 гр NaSiOз•9H2O и в 1 л дистиллированной воды 7 гр AlClз;
Образец №3 - в 2 л дистиллированной воды растворяли 23 гр NaSiOз•9H2O и в 1 л дистиллированной воды 3,5 гр AlClз;
Образец №4 - в 2 л дистиллированной воды растворяли 46 гр NaSiOз•9H2O и в 1 л дистиллированной воды 7 гр AlClз;
Полученный продукт, Н-пермутит, выпал в осадок, а №С1 и Si02 остались в растворе. Продукт отфильтровали, промыли, просушили при температуре 1100С до постоянного веса и определили его выход. В нашем случае вес высушенного продукта составил 14,2 гр, выход которого составил 54 %. По данной технологии получили образец Н-пермутита в количестве 1,2 кг. Полученный продукт подвергли грануляции, для этого в качестве пластификатора использовали 10 % обогащенный бентонит. В готовую смесь для грануляции добавили воду, количество которой определили предварительно - 22 %. Грануляцию проводили в лабораторном грануляторе ФШ-004, диаметр отверстий шнека 1,0 мм. Готовые гранулы сушили при температуре 1800С при периодическом перемешивании. Высушенные гранулы просеивали через сита диаметрами 3,0 и 1,0 мм, отделяли среднюю фракцию для изучения сорбционных свойств.
Проведенные исследования показали (табл.1), что при единой концентрации ионов металлов в сточной воде (50 мг/л), их адсорбция по времени оказалась различной. Из четырех образцов Н-пермутита, наиболее оптимальный состав компонентов для синтеза у
образца №3, который был приготовлен в 2 л дистиллированной воды с растворением 23 гр NaSiOз•9H2O и в 1 л дистиллированной воды 3,5 гр AlClз.
Далее была изучена кинетика процесса адсорбции ионов Fe2+, №2+ и ^2+, т.е. влияние времени контакта на процесс адсорбции ионов металлов на модельном растворе Н-пермутитом, образца №3 (Рис. 1). Сорбционная ёмкость полученного адсорбента по ионам Fe2+ составила 7,0 мг/г, по ионам №2+ составила 0,62 мг/г., по ионам ^2+ составила 0,45 мг/г.
Как показано на рисунке, сорбция металлов на Н-пермутите быстро возрастает в начальный момент времени контакта, а затем выходит на плато, что указывает на то, что в сорбции металлов на Н-пермутите в основном преобладает химическая сорбция, а также обмен катионами. Процесс сорбции протекает в два этапа: начальный быстрый шаг, за которым следует гораздо более медленный шаг. Первая стадия связана с химической реакцией с функциональными группами, тогда как вторая стадия может быть связана с обменом с катионами на внутренней поверхности Н-пермутита и более длинным диапазоном диффузии через поры частиц. На основании приведенных выше результатов время процесса было установлено равным 1,5 часа для обеспечения полного насыщения адсорбента и установления равновесия.
и
6 5
о и
4 -
3 -
2 -
1 - Ш
Щ Т. МИН
0 Ш--1-1-.-1-т-1-1
О 20 40 60 80 100 120 140
Рис. 1. Кинетика адсорбции ионов Fe2+ (1), №2+ (2) и ^2+ (3) Н-пермутитом (образец №3) на модельном растворе с концетрацией соответствующих ионов 50 мг/л
Кинетические результаты процесса сорбции показывают, что сорбция ионов металлов на Н-пермутите является самопроизвольным процессом ионообменной сорбции. Очевидно, что по сравнению с другими сорбентами Н-пермутит имеет превосходный потенциал для очистки сточных вод, содержащих ионы Fe2+, №2+, ^2+, и может быть пригоден для поглощения Сг(Ш) и Сг(У1) и других тяжелых металлов. Однако способность сорбировать другие тяжелые металлы в различных условиях требует дальнейшего изучения.
Заключение. Определен оптимальное соотношение сырьевых материалов и получен Н-пермутита, который при испытании заметно снизил солесодержание технической воды, применяющегося в качестве нагревающего или охлаждающего агента и тем самым
повысить длительность работы паровых котлов, в том числе котлов высокого давления. Сорбционный метод очистки вод с использованием Н-пермутита можно рекомендовать предприятиям, где образуются промышленные сточные воды, а также при и водоподготовке для котлов высокого давления.
Литература:
1. Жамская, Н. Н. Изучение возможности применения модифицированных сорбентов для очистки сточных вод от белковых веществ / Н. Н. Жамская, С. А. Машкова, Л. С. Бянкина, Н. П. Шапкин // Научные труды Дальрыбвтуза. - 2008. - Т. 20. - С. 37-40.
https://cyberleninka.ru/article/n/izuchenie-vozmozhnosti-primeneniya-modifitsirovannyh-sorbentov-dlya-ochistki-stochnyh-vod-ot-belkovyh-veschestv
2. Размахнин, К. К. Модификация свойств цеолитов с целью расширения областей их применения / К. К.Размахнин, А. Н Хатькова // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2011. - №. 4. - С. 246-252. https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-sovremennye-tehnologii-pererabotki-i-modifikacii-ceolitsoderzhashchih-porod-vos.pdf
3. Назаренко, О. Б. Применение бадинского цеолита для удаления фосфатов из сточных вод / О. Б.
Назаренко, Р. Ф. Зарубина // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2013. - Т. 322. - №. 3. - С. 11-14. https://core.ac.uk/download/pdf/53068808.pdf
4. Ватин, Н. И. Применение цеолитов клиноптилолитового типа для очистки природных вод / Н.И. Ватин, В.Н. Чечевичкин, А.В. Чечевичкин, Е.С. Шилова // Magazine of Civil Engineering. - 2013. - №. 2 (37). - С. 81-88. https://engstroy.spbstu.ru/userfiles/files/2013/2(37)/12.pdf
5. I.Ruzmatov, F.I.Erkabayev, D.B.Saidmirzayeva, Sh.Sh.Odilova, D.A.Xolmominova, M.M.Turdimurodova, J.A.Bazarova. Increase in current efficiency during the reduction of chromate ions. // PROBLEMS IN THE TEXTILE AND LIGHT INDUSTRY IN THE CONTEXT OF INTEGRATION OF SCIENCE AND INDUSTRY AND WAYS TO SOLVE THEM: PTLICISIWS-2, 4-5 May 2023. Namangan, Uzbekistan, Volume 3045, Issue 1, 11 March 2024. https://doi.org/10.1063/5.0197490.
http://eprints.kname.edu.ua/3317/1/107110 %D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0 %B4%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE.pdf.
6. Volodchenko, L.V. The mechanism of aluminum hydroxide formation during water treatment with an activated coagulant solution // Communal services of cities. - 2002. - №. 45. -Р. 107-110. http://eprints.kname.edu.ua/3317/1/107110 %D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B4 %D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE.pdf
7. Эркабаев, Ф. И., Хаджибаев, Д. А., Мухаммадиева, Д. А., Сабиров, Б. Т. Гальваника цехлари окава сувларини юмшатиш ва электрокимёвий усулда огир металлардан тозалаш / Ф. И. Эркабаев, Д. А. Хаджибаев, Д. А. Мухаммадиева, Б. Т. Сабиров // O'Zbekiston Kimyo Jurnali. - 2020. - №. 2. -С. 41-47. http://uzchemj .uz/ru/2020/vypusk-no2
8. Sakavov, I. E. The structure of the simplest permutite / I. E. Sakavov, N. A. Shishakov // October 1963 Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR Division of Chemical Science 12(10):1601-1605 DOI:10.1007/BF00845786.
