Химическое модифицирование природной опоки

ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПРИРОДНОЙ ОПОКИ

КОНДРАШОВА А. В.

Саратовский государственный аграрный университет» им. Н.И. Вавилова

Аннотация: Исследована кинетика сорбции ионов меди и кобальта на природной опоке при температурах 20 и 60оС. Для увеличения сорбционной активности природной опоки проведено химическое модифицирование путём обработки её поверхности различными веществами-модификаторами.

Ключевые слова: природный сорбент, модифицирование, кинетика сорбции, адсорбционная ёмкость.

Abstract: The kinetics of sorption of copper and cobalt in the natural flask at 20 and 60C. To increase the sorption capacity of natural flask carried by chemical modification of the surface treatment of various materials, modifiers.

Key words: natural sorbent, modification, sorption kinetics, adsorption capacity.

В настоящее время среди природных сорбентов значительное место занимает модифицированная природная опока, обладающая существенной адсорбционной способностью [1].

Адсорбционные, каталитические и ионообменные свойства природных опок, появление эффективных методов регулирования их геометрической структуры и химической природы поверхности, а также наличие крупных промышленных месторождений и дешевизна минеральных сорбентов делают экономически целесообразным их использование во многих технологических процессах в качестве сорбентов, катализаторов, ионо-обменников [2].

Следует отметить, что применение минеральных сорбентов с модифицированной поверхностью сулит результаты качественно нового уровня.

Целью химического модифицирования поверхности является направленное изменение физико-химических, сорбционных и адгезивных свойств неорганических материалов. При этом особое внимание в соответствии с практическими потребностями уделяется исследованию строения и свойств возникающих при модифицировании поверхностных соединений[3].

Экспериментальная часть

Адсорбцию катионов меди и кобальта проводили на опоке, химически модифицированной с целью повышения сорбционной способности, адсорбционной ёмкости и, следовательно, степени очистки.

Синтез природного сорбента проводили путём обработки его поверхности различными веществами - модификаторами. В качестве таких веществ были взяты 10%-ные растворы соляной кислоты, гидроксида калия и хлорида аммония. По окончании процесса модификации полученный сорбент отмывали дистиллированной водой, затем на каждом образце модифицированной опоки проводили сорбцию катионов Cu2+ и Co2+ при нормальных условиях из растворов с концентрацией 2,5 ммоль/л при температурах 20 и 60оС в статических условиях.

Результаты и их обсуждение

Весьма важным моментом при адсорбционной очистке промышленных сточных вод является кинетика процесса или скорость адсорбции.

Как видно из рис.1, скорость адсорбции ионов меди (II) и кобальта (II) незначительно зависит от температуры. При 20°С время установления равновесия составило: для меди - 30 мин., для кобальта - 45 мин.

Наряду с этим видно положительное влияние повышенной температуры сорбции, приводящее к увеличению адсорбционной ёмкости опоки, и, следовательно, к увеличению степени очистки. Это объясняется протеканием в системе процесса хемосорбции, в результате чего на поверхности опоки образуется химическое соединение.

Рис. 1. Кинетика сорбции ионов Си2+, Со2+ на опоке при разных температурах: 1, 3 - сорбция Со2+ при 20 и 60о С соответственно; 2, 4 - сорбция Си2+ при 20 и 60о С соответственно

Максимальное значение адсорбции достигается проведением процессов модификации и адсорбции при температурах 600С и составляет, ммоль/г: для меди-29,9, для кобальта-66,8 (табл. 1).

Таблица 1. Результаты исследований температур модификации и сорбции на степень очистки растворов

Температура ад-сорбции,0С Температура модификации 200С Температура модификации 600С

Кобальт Медь Кобальт Медь

а, ммоль/г Е,% а, ммоль/г Е,% а, ммоль/г Е,% а, ммоль/г Е,%

20 23,0 20,5 12,5 21,6 31,4 30,9 15,8 22,6

60 35,8 30,6 22,7 32,7 66,8 59,9 29,9 43,5

Однако степень очистки водных растворов при сохранении времени достижения равновесия оказалась недостаточной, поэтому для увеличения сорбционной активности природной опоки проводят химическое модифицирование путём обработки её поверхности различными веществами - модификаторами. В качестве таких веществ взяты растворы хлорида аммония, гидроксида калия и соляной кислоты.

Установлено, что использование в качестве модификатора раствора соляной кислоты нецелесообразно, так как адсорбционная ёмкость увеличивается всего на 3 %.

По характеру кривых сорбции видно (рис.1), что в определённый момент времени (30-60 минут) наблюдается максимальное значение адсорбции, после чего она достигает своего равновесного значения.

Наилучшие результаты получены при обработке опоки раствором гидроксида калия. Полученный сорбент имел следующую сорбционную ёмкость по ионам металлов: по меди-15,7 ммоль/г, по кобальту-11,6 ммоль/г.

Комплексная оценка адсорбционных характеристик исследуемых сорбентов позволила расположить их по эффективности извлечения в следующий ряд: сорбент, мо-

дифицированный раствором КОН > сорбент, модифицированный раствором НС1 > чистая опока > сорбент, модифицированный раствором хлорида аммония.

Выводы

1. Для увеличения сорбционной активности природной опоки проведено химическое модифицирование путём обработки её поверхности веществами - модификаторами: НС1, КН4С1, КОН. Наилучшие результаты получены при обработке опоки раствором гидроксида калия. Сорбционная ёмкость по ионам металлов, ммоль/г: по меди - 15,7; по кобальту - 11,6.

2. Комплексная оценка адсорбционных характеристик исследуемых сорбентов позволила расположить их по эффективности извлечения в следующий ряд: сорбент, модифицированный раствором КОН > сорбент, модифицированный раствором НС1 > чистая опока > сорбент, модифицированный раствором хлорида аммония.

Информационные источники:

1. Новоселецкая О.В., Боковикова Т.Н., Процай А.А., Полуляхова Н.Н. Физико-химические основы сорбции модифицированными неорганическими сорбентами. Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология. 2006. т. 49, вып.6. С. 70-72;

2. Модифицированные кремнезёмы в сорбции, хроматографии и катализе /Под ред. Г.В. Лисичкина. М.: Химия. 1985. 246 с.;

3. Алесковский В.Б., Юффа А.Я. Модифицирование поверхности неорганическими соединениями. Журнал ВХО. 1989. Т. 34, № 3. С. 317-324.