CC BY
51
ХИМИЯ CHEMISTRY
УДК 631.41
СОРБЦИЯ ФЕНОЛА МОДИФИЦИРОВАННЫМ ГУМИНОВЫМ СОРБЕНТОМ ИЗ САПРОПЕЛЯ
Д. С. Платонова, А. Е. Беднюк, Л. Н. Адеева
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, г. Омск, Россия
Информация о статье
Дата поступления 06.03.2017
Дата принятия в печать 04.04.2017
Дата онлайн-размещения 15.07.2017
Ключевые слова
Гуминовый сорбент, сорбция фенола, статическая емкость, ИК-спектроскопия
Аннотация. Разработана методика синтеза гуминового сорбента из сапропеля и исследована возможность сорбции фенола на сорбенте. Величина сорбционной емкости сорбента по фенолу не зависит от рН среды и составляет 130 мг/г. Показано, что процесс сорбции описывается уравнением изотермы Ленгмюра. Данные ИК-спектра указывают, что сорбция фенола происходит в результате ван-дер-ваальсова взаимодействия и образования водородных связей.
Финансирование
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-45-550511
SORPTION OF PHENOL BY MODIFIED HUMIN SORBENT FROM SAPROPEL
D. S. Platonova, A. E. Bednyuk, L. N. Adeeva
Dostoevsky Omsk State University, Omsk, Russia
Article info Abstract. The technique of synthesis of humic sorbent from sapropel is developed and the
Received possibility of sorption of phenol on a sorbent is investigated. The sorption capacity of the
06.03.2017 sorbent by phenol is 130 mg/g. It is shown that the sorption process is described by the
Langmuir isotherm. The IR spectrum data indicates that the phenol sorption occurs as a Accepted result of the van-der-waals interaction and the formation of hydrogen bonds.
04.04.2017
Available online 15.07.2017
Keywords
Humic sorbent, sorption of phenol, static capacity, IR-spectroscopy
Acknowledgements
The reported study was funded by RFBR according to the research project № 16-45-550511
ISSN 1812-3996-
Введение
Одним из наиболее распространенных и наносящих большой вред окружающей среде поллютан-тов является фенол. Фенол присутствует в сточных водах нефтехимии, заводов органического синтеза, лесохимических заводов, заводов цветной металлургии и многих других предприятий. Разработаны различные технологии очистки воды от фенола, такие как экстракция, выпаривание, озонирование, сорбция. Признанным эффективным способом является сорбция активированным углем, но высокая стоимость активированного угля, дорогостоящие и зачастую экологически опасные процессы его регенерации ограничивают использование этого способа.
В нашей работе осуществлен синтез доступного гуминового сорбента из сапропеля Омской области и исследована возможность использования его для извлечения фенола из водных растворов. Сапропель служит источником получения как гуминовых кислот, так и минеральной подложки для модифицирования. Известно, что гуминовые кислоты (ГК) сапропелей -это смесь веществ биохимического превращения исходной биомассы водоема, представляющая собой группу природных аморфных поликарбоновых кислот с разнообразным содержанием полифункциональных групп [1]. Наличие большого количества функциональных групп в составе как ароматического каркаса, так и алифатической периферии ГК обеспечивает их способность связывать как ионы металлов, так и органические молекулы, благодаря чему ГК могут быть также применены при очистке сточных вод в качестве сорбента [2-5]. В настоящее время разрабатываются материалы, которые получают путем нанесения ГК на минеральную подложку, в качестве которой используют силикагель. Один из приемов заключается в нанесении ГК на силикагель через промежуточный слой полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) [6]. В нашей работе в качестве минеральной подложки использовалась минеральная часть сапропеля, которая была получена назкотемпературным обжигом сапропеля на воздухе при температуре 300-350 оС. В результате обжига получают углеродминеральный материал, состоящий из углеродной и минеральной части, основу которой составляет кремнезем, что позволит модифицировать его. Перед обжигом из сапропеля предварительно выделяли ГК, которые затем использовались для модификации подложки.
Экспериментальная часть
Для выделения ГК брали навеску сапропеля из оз. Пучай Омской области (содержание органических веществ - 54 %, минеральных - 46 %) [7], обрабатывали раствором щелочи, нерастворимый оста-
ток отфильтровывали, фильтрат обрабатывали кислотой до рН 1, выпавшие в осадок ГК центрифугировали и высушивали в сушильном шкафу при температуре 60-70 оС [8]. Навеску высушенного остатка сапропеля после извлечения гуминовых кислот помещали в муфельную печь, выдерживали при температуре 300 оС 30 мин. Процесс обуглероживания сапропеля проводили в воздушной среде. Затем тер-мообработанный остаток сапропеля фракции 0,631 мм помещали в коническую колбу на 500 мл, смачивали водой до образования на поверхности сорбента водного слоя в 1-2 мм. Заливали 100 мл раствора, содержащего 14 г полигексаметиленгуанидина, выдерживали при перемешивании в течение 1 ч, промывали 2 раза 40 мл дистиллированной воды. Затем в эту же колбу вносили 100 мл раствора, содержащего 20 г гуминовых кислот с рН 8-9, выдерживали при перемешивании в течение 1,5 ч, полученный сорбент промывали 40 мл дистиллированной воды и сушили в сушильном шкафу при температуре 70-80 оС.
Сорбцию фенола на полученном сорбенте определяли в статических условиях. Навеску сорбента массой 0,5000±0,0002 г помещают в бюкс на 50 мл и приливают 20 мл заданного раствора. Через определенное время отделяют сорбент от раствора декантацией. Фильтрат анализируют на содержание фенола фотометрическим методом с применением 4-аминоантипирина [9].
ИК-спектроскопическое исследование проводили на ИК-Фурье спектрометре ФТ-801 <^тех» в диапазоне волновых чисел 4000-500 см-1 с разрешением 4 см-1, числом сканирований - 32. Образцы помещали в агатовую ступку, перетирали с бромидом калия и прессовали в таблетки диаметром 3 мм.
Результаты и их обсуждение
Первоначально было установлено влияние рН на величину сорбции. Опыты проводили при концентрации фенола 61,6 мг/л, рН среды изменяли в интервале от 2 до 5, продолжительность контакта фаз 24 ч. Результаты измерений приведены в табл. 1.
Таблица 1 Влияние рН на величину сорбции фенола
рН А, мг/г
2 102,8±0,1
3 102,8±0,1
4 102,8±0,1
5 102,8±0,1
Из табл. 1 видно, что сорбция фенола не зависит от величины рН.
■ ISSN 1812-3996
При изучении равновесия концентрация фенола в исходных растворах изменялась в интервале 2,9-71,8 мг/л, рН 4. Навеска составляла 0,5000±0,0002 г, продолжительность контакта фаз -24 ч. Соотношение жидкой и твердой фазы составляло 1:40. Данные представлены в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что при концентрации в растворе выше 30,0 мг/л емкость достигает максимального значения и составляет 130±6,5 мг/г. Дальнейшее повышение концентрации нецелесообразно.
Полученные экспериментальные данные были линеаризованы в соответствии с уравнением изотермы Ленгмюра (рис. 1).
Уравнение изотермы:
25 2С а = 130 , Я2р
1 + 25,2С
= 0,99, Я2табл. = 0,95.
Экспериментально установлено, что равновесие в системе достигается после 4 ч сорбции и дости-
гает своего максимального значения (130±1,1 мг/г) в заданных условиях.
С целью выяснения механизма поглощения фенола гуминовым сорбентом был записан ИК-спектр продуктов сорбции.
Полученные ИК-спектры представлены на рис. 2.
В ИК-спектре гуминового сорбента карбоксильным группам соответствуют валентные колебания С = О при 1600-1660 см-1. При образовании водородных связей в ИК-спектре образца гумино-вый сорбент + фенол усиливается полоса 2361 см-1, отнесенная к асимметричным валентным колебаниям групп С = О. Вместе с тем ослабевает полоса поглощения 3380 и 2924 см-1, относящаяся к -ОН группам. По данным, полученным при анализе ИК-спектров, можно заключить, что поглощение фенола гуминовым сорбентом происходит в основном за счет межмолекулярного взаимодействия и образования водородных связей.
Таблица 2
Зависимость величины сорбции фенола от равновесной концентрации
Сисх, г/л Сравн., г/л А, мг/г А, мг/г А, мг/г Аср., мг/г % М
2,90 0,40 101,6 101,5 101,7 101,6 1,0 101,6±5,1
23,3 20,1 128,6 128,4 128,8 128,4 1,1 128,4±6,2
31,0 27,7 131,8 132,2 132,0 132,0 1,1 132,0±6,5
41,2 38,0 128,8 128,9 128,7 128,8 1,0 128,8±6,3
71,8 68,5 130,2 129,8 130,0 130,0 1,0 130,0±6,5
0,0079 0,0078 0,0077 0,0076 0,0075 0,0074
0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 1/Сравн Рис. 1. Изотерма сорбции фенола гуминовым сорбентом
Рис. 2. ИК-спектр гуминового сорбента: 1 - «до» и 2 - «после» сорбции фенола
Вестник Омского университета 2017. № 2(84). С. 56-59
ISSN 1812-3996-
Выводы
1. Получен гуминовый сорбент путем комплексного использования сапропеля модификацией минеральной подложки из сапропеля предварительно выделенными гуминовыми кислотами.
2. Показано, что сорбция фенола гуминовым сорбентом описывается уравнением изотермы
Ленгмюра и максимальная статическая емкость гу-минового сорбента по фенолу составляет 130,0±1,1 мг/г.
3. ИК-спектроскопическим методом устанав-лено, что сорбция фенола происходит за счет межмолекулярного взаимодействия и образования водородных связей.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М. : Изд-во МГУ, 1990. 325 с.
2. Сиггиа С., Ханна Дж. Г. Количественный органический анализ по функциональным группам : пер. с англ. / под ред. А. П. Сергеева. М. : Химия, 1983. C. 132-135.
3. Лиштван И. И., Круглицкий Н. Н., Третинник В. Ю. Физико-химическая механика гуминовых веществ. Минск : Наука и техника, 1976. 264 с.
4. Buschmann J., Kappeler A., Lindauer U., Kistler D., Berg M., Sigg L. Arsenite and arsenate binding to dissolved humic acids: Inuence of pH, type of humic acid, and aluminum // Environment Science and Technology. 2006. Vol. 40. P. 6015-6020.
5. Liu A., Gonzalez R. D. Modeling adsorption of copper (II), cadmium (II) and lead (II) on purified humic acid // Langmuir. 2000. Vol. 16. P. 3902-3909.
6. Ветрова О. В., Бурметьева М. С., Гавриленко М. А. Закрепление гуминовых кислот на поверхности си-ликагеля через слой полиметиленгуанидина // Изв. Том. политехн. ун-та: Химия. 2013. Т. 322, № 3. С. 18-21.
7. АдееваЛ. Н., Коваленко Т. А., Кривонос О. И., Плаксин Г. В., Струнина Н. Н. Определение химического состава сапропеля // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2009. Т. 52, № 3. С. 121-123.
8. Адеева Л. Н., Платонова Д. С., Масоров М. С., Диденко Т. А. Гуминовые кислоты из кремнеземистого сапропеля: ИК-спектроскопический и термический анализ // Бутлеровские сообщения. 2013. Т. 34, № 6. С. 65-69.
9. Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М. : Химия, 1984. 448 с.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Платонова Дарья Сергеевна - аспирант кафедры неорганической химии, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: daria_platonova@list.ru.
Беднюк Александр Евгеньевич - магистрант кафедры неорганической химии, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: a.e. sanek@gmail.com.
Адеева Людмила Никифоровна - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры неорганической химии, Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира, 55а; e-mail: l.n.adeeva@gmail.com.
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ
Платонова Д. С., Беднюк А. Е., Адеева Л. Н. Сорбция фенола модифицированным гуминовым сорбентом из сапропеля // Вестн. Ом. ун-та. 2017. № 2(84). С. 56-59.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Platonova Daria Sergeevna - postgraduate student, the Chair of Inorganic Chemistry, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: daria_platonova@list.ru.
Bednyuk Aleksander Eugenievich - graduate student, the Chair of Inorganic Chemistry, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: a.e.sanek@gmail.com.
Adeeva Ludmila Nikiforovna - Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Chair of Inorganic Chemistry, Dostoevsky Omsk State University, 55a, pr. Mira, Omsk, 644077, Russia; e-mail: l.n.adeeva @gmail.com.
FOR CITATIONS
Platonova D.S., Bednyuk A.E., Adeeva L.N. Sorption of phenol by modified humin sorbent from sapropel. Vest-nik Omskogo universiteta = Herald of Omsk University, 2017, no. 2(84), pp. 56-59. (in Russian).
