CC BY
5
УДК 628.3
Аистова А.А., Касьянов В.К., Конькова Т.В., Буракова Е.А.
СИНТЕЗ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ МОНТМОРИЛЛОНИТА И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
Аистова Алена Александровна - магистрантка 1 -го года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; aistova_alena_aleksandrovna@muctr.ru
Касьянов Виталий Константинович -аспирант 2-го года обучения кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; Kassyanov@yandex.ru
Конькова Татьяна Владимировна - доктор технических наук, доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; kontat@list.ru
'Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Буракова Елена Анатольевна - кандидат технических наук, доцент кафедры техники и технологии нанопродуктов, elenburakova@yandex.ru.
2Тамбовский государственный технологический университет, 392000, Тамбов, ул. Советская, д. 106/5 В статье рассмотрен синтез катализатора на основе углеродных нанотрубок и монтмориллонита Таганского месторождения (Республика Казахстан) с содержанием монтмориллонита 90-95% (Т). Также была исследована каталитическая активность синтезированного катализатора и проведено сравнение каталитической активности по сравнению с чистым монтмриллонитом. Степень очистки от органического красителя кармуазина в присутствии синтезированного катализатора составила 97%, а в присутствии глины 96%.
Ключевые слова: монтмориллонит, углеродные нанотрубки, процесс Фентона, кармуазин.
SYNTHESIS OF A CATALYST FOR WASTEWATER TREATMENT FROM DYES BASED ON MONTMORILLONITE AND CARBON NANOTUBES
Aistova A.A.. Kasyanov V.K.. Konkova T.V.. Burakova E.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia. Moscow. Russian Federation 125480. Moscow. st. Geroev Panfilovtsev. 20
Tambov State Technological University. 392000. Tambov. Sovetskaya str.. 106/5
The article considers the synthesis of a catalyst based on carbon nanotubes and montmorillonite from the Taganskoye deposit (Republic of Kazakhstan) with a montmorillonite content of 90-95% (T). The catalytic activity of the synthesized catalyst was also studied and the catalytic activity was compared with that of pure montrillonite. The degree of purification from the organic dye carmoisine in the presence of the synthesized catalyst was 96.56%, and in the presence of clay 96,37%.
Key words: montmorillonite, carbon nanotubes, Fenton process.
Введение
Многие промышленные процессы образуют большое количество сточных вод, содержащих различные загрязнители органической и неорганической природы, которые в основном сбрасываются в водные объекты. В связи с этим появляется необходимость разработки эффективных методов очистки сточных вод. Среди стойких органических загрязнителей стоит выделить, такие как синтетические красители, пестициды, фармацевтические препараты, средства личной гигиены и другие. Несмотря на высокую эффективность очистных сооружений, в настоящее время признается, что многие из этих загрязнителей не могут быть легко удалены с помощью существующих технологий [1-3].
Возможность комбинирования различных процессов очистки сточных вод для достижения ряда целей является важным фактором. Интеграция процессов для очистки сточных вод -привлекательный подход, который можно использовать для повышения производительности процесса, преодоления некоторых недостатков и
снижения эксплуатационных расходов. Например, поскольку адсорбция является технологией с низким энергопотреблением, а некоторые
усовершенствованные процессы окисления энергоемки, интеграция двух технологий может снизить общую потребность в энергии. Сочетание адсорбции с процессами окисления, особенно при использовании недорогих адсорбентов, может снизить количество реагентов, необходимых для обработки сточных вод и гарантировать удаление промежуточных продуктов из очищенных сточных вод [4].
Целью данной работы являлось провести синтез катализатора, на основе монтмориллонита, с включениями углеродных нанотрубок. Осуществить сравнение каталитической активности
синтезированного катализатора и монтмориллонита.
Экспериментальная часть
В качестве компонентов синтезированного катализатора были взяты углеродные нанотрубки (УНТ). серии Таунит-М (CoMo/AЪOзMgO) и монтмориллонит Таганского месторождения
(Республика Казахстан) с содержанием монтмориллонита 90-95%. Для стабилизации активного компонента - железа в составе глины ее необходимо подвергать термообработке. Для этого проводили предварительное ее прокаливание в атмосфере воздуха при 500оС. Время прокаливания составляло 4 ч. Масса глины оставалась для всех
Глина
УНТ
трех образцов одинаковой 2,5 г. Масса УНТ составляла 0,1 г, 0,05 г и 0,025 г.
УНТ и глина смешивались в ступке и смачивались 2,5 мл воды. Далее полученные гранулы катализатора просушивались в сушильном шкафу и проходили термическую обработку в течение 2 часов при температуре 500 °С.
Т(сушки) = 90°С
Перемешивание
Т{1/с) = 500°С
'Я
- ¿Я
ЩМ у'Л/
Я/*
Рис.1 Схема синтеза катализатора
Текстурные характеристики (табл.1)
исследуемых образцов рассчитывали на основании изотерм адсорбции-десорбции азота при температуре 77 К, полученных на объемнометрической установке Nowa 1200е. Изотермы представлены на рисунках 23. В случае обоих образцов мы наблюдаем петлю гистерезиса, что говорит о наличии переходных пор.
Также для исследуемых образцов были получены СЭМ-изображения, они представлены на рисунке 4.
Таблица 1. Текстурные характеристики исследуемых материалов
Образец 8уд, м2/г У^,см3/г V ми см3/г Dме, нм
Глина 66,6 0,056 0,018 4,1
Глина:УНТ=2,5:0,1 68,3 0,070 0,017 3,3 3,9
Рис.2 Изотермы адсорбции-десорбции N2 при температуре 77 К на глине
Рис.3 Изотермы адсорбции-десорбции N2 при температуре 77 К на синтезированном катализаторе
Рис.4 СЭМ-изображения глины и синтезированного катализатора соответственно
В качестве модельного вещества, подлежащего окислительной десктрукции был выбран анионный краситель кармуазин. Кармуазин (азорубин, пищевая добавка Е122) принадлежит к группе азокрасителей — синтетических красителей красных оттенков и к производным каменноугольной смолы. Краситель Е122 поставляется обычно в виде динатриевой соли — порошка от красного до темно-бордового цвета. Добавка Е122 может использоваться для окрашивания продуктов, которые подвергаются термической обработке после ферментации. Краситель Е122 обладает хорошей светостойкостью.
Содержание красителя в растворе определялось с помощью спектрофотометра «ЮНИКО 1201». Концентрацию для каждого раствора красителя рассчитывали по калибровочному графику. Длина волны для красителя кармуазина равна 517 нм.
Время ,мин
Рис.5 Зависимость степени очистки раствора от времени в результате процесса Фентона в присутствии синтезированных катализаторов
Окисление красителя проводилось в термостатированном реакторе с мешалкой при Т=50 оС.
Начальная концентрация кармуазина в растворе составляла от 20 мг/л до 25 мг/л, объем раствора 50 мл, содержание катализатора 4 г/л, количество пероксида водорода с концентрацией 3 мас. % было равно 0,24, добавление пероксида проводилось каждые 10 минут. Катализ проводился в кислой среде при значении рН=3, которую получали при помощи добавления 1М раствора HCl. Перед помещением раствора в кювету для определения оптической плотности проводилось
центрифугирование для отделения раствора от катализатора.
Результаты исследования каталитической очистки раствора от красителя в присутствии синтезированного катализатора и исходной глины представлены на рисунках 5-6.
Время, мин
Рис.6 Зависимость степени очистки раствора от времени в результате процесса Фентона в присутствии исходной глины
Максимальная степень обесцвечивания в присутствии синтезированного катализатора составляет 97% в присутствии образца, содержащего 0,025 г УНТ. При использовании исходной глины в качестве катализатора, достигаемая степень обесцвечивания составляет 96 %.
Заключение
В процессе работы были синтезированы композиционные катализаторы на основе природной глины и углеродных нанотрубок. Исследован процесс каталитической деструкции азокрасителя кармуазина в водном растворе с использованием синтезированного катализатора и глины. Синтезированный катализатор проявляет
каталитическую активность схожую с активностью исходной глины при очистке сточных вод от органического красителя, что обусловлено наличием железа в природной глине. Таким образом, результаты показали, что введение углеродных углеродных нанотрубок в монтмориллонит для получения катализаторов типа Фентона нецелесообразно.
Список литературы
1 Rosal R., Rodríguez A., Perdigón-Melón J.A., Petre A., García-Calvo, E., Gómez, M.J., Agüera, A., Fernández-Alba A.R. Occurrence of emerging pollutants in urban wastewater and their removal through biological treatment followed by ozonation // Water research. - 2010. - № 44(2). - P. 578-588.
2. Loos R., Carvalho R., António D.C., Comero S., Locoro,G., Tavazzi S., Paracchini B., Ghiani M., Lettieri T., Blaha L.,Jarosova, B. EU-wide monitoring survey on emerging polar organic contaminants in wastewater treatment plant effluents // Water research. - 2013. - № 47(17). - P.6475-6487.
3. Luo Y., Guo W., Ngo,H.H., Nghiem L.D., Hai F.I., Zhang J., Liang S., Wang, X.C. A review on the occurrence of micropollutants in the aquatic environment and their fate and removal during wastewater treatment // Science of the total environment. - 2014. - № 473. - P.619-641.
4. Kshitiz D., Amruta M., Chakrabati T., Pandey R.A. Evaluation and optimization of Fenton pretreatment integrated with granulated activated carbon (GAC) filtration for carbamazepine removal from complex wastewater of pharmaceutical industry // Journal of environmental chemical engineering. - 2018. - № 6(3). -P.3681-3689.
