Физико-химические характеристики бифункционального сорбента из растительного сырья

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №8_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 631.4

И.У.Мирсаидов, Х.М.Назаров, Н.Н.Рахматов, Ф.Дж.Саломов, Ш.Б.Назаров

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОРБЕНТА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан

Изучены сорбционные способности скорлупы ореха, урюка, шишек туи, арчи и сосны при комнатной температуре в динамическом режиме. Установлено, что их биомассы обладают хорошими сорбционными свойствами и концентрируют уран. Большая сорбционная ёмкость делает их одними из перспективных материалов для выработки дешёвых сорбентов.

Ключевые слова: уран - сорбция - биомасса - динамическая обменная ёмкость.

В процессах очистки природных вод важное значение имеют молекулярная и ионная сорбции. Помимо своей главной задачи - извлечения из воды нежелательных примесей, адсорбирующее вещество (адсорбент) выполняет функции катализатора, так как молекулярные и ионные реакции на поверхности раздела протекают обычно значительно быстрее, чем в объёме среды. Это объясняется увеличением концентраций молекул и ионов, их ориентацией, ослаблением связей между отдельными атомами.

Силы, обуславливающие химическую адсорбцию (хемосорбцию), - специфически валентные. С повышением температуры среды хемосорбция, требующая значительной энергии активации, возрастает. Соединения, образующиеся при хемосорбции на поверхности раздела фаз, нельзя рассматривать как новое вещество, так как, несмотря на возникновение химических связей, поверхностные атомы адсорбента продолжают сохранять связь с остальными его атомами.

Провести резкую границу между физической и химической адсорбцией во многих случаях довольно трудно: адсорбция одних и тех же веществ на одном и том же адсорбенте в одних условиях может иметь физический, в других - химический характер. В частности, повышение температуры снижает физическую, но увеличивает химическую адсорбцию.

Кинетические кривые процесса извлечения урана со скорлупой урюка при разных температурах являются доказательством тому, что с повышением температуры увеличивается степень извлечения урана (рис.1).

При этом величина энергии активации процесса сорбции урана составляет 0.616 кДж/моль (табл. 1).

Адрес для корреспонденции: Назаров Холмурод Марипович. 735730, Республика Таджикистан, г. Чкаловск, ул.Калинина, 15а, Филиал Агентства по ядерной и радиационной безопасности АН РТ. E-mail: Но1шигоё18@шаИ.ги.

Рис.1. Зависимости извлечения урана от времени (крупность скорлупы урюка 0 2 мм).

Таблица 1

Кинетические и энергетические параметры процесса сорбции урана со скорлупой урюка

Температура раствора при сорбции, К Истинная скорость сорбции и, г-л-М сут.-1 Кажущаяся энергия активации сорбции И, кДж/моль

298 0.51 0.616

308 0.55

323 0.60

В процессе сорбции величина рН раствора достоверно снижалась. Этот факт, как и вытеснение с поверхности сорбента водорода с ионами урана, доказывает ионообменный характер сорбции катионов металлов. Химизм ионного обмена может быть представлен следующей схемой:

Ещё одно подтверждение ионообменного характера сорбции катионов урана дает анализ ИК-спектров скорлупы грецкого ореха до и после его контакта с урансодержащей водой. Отличия от ИК-спектра исходного сорбента (рис.2) невелики: интенсивности полос пропускания, обусловленных валентными колебаниями СН-связей в алифатических цепях, а также наличие -ОН группы практически не меняются. Интенсивность пропускания -С=О-группы также практически не изменилась по сравнению с ИК-спектром исходного сорбента, но её положение сместилось.

Смещение произошло в низкочастотную область 1620.5 см-1, что, по литературным данным, свидетельствует об ионизации функциональной группы и замещении иона водорода на ион металла.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 СГТ1-1

Рис.2. ИК-спектр скорлупы урюка: а - до; б - после насыщения ураном.

«СО 1300 3000 2500 2000 1500 1000 ст-1

Рис.3. ИК-спектр сорбента, насыщенного ураном после обжига (Тобж=600°С): а - скорлупа урюка; б - скорлупа грецкого ореха; в - шишки туи и арчи.

12 з 4

О 2000 40ОО 6000 аооо 10000

Объем пропущенной шахтной урансодержашей воды, мл

Рис.4. Зависимость содержания урана на выходе от объёма пропущенной воды через сорбенты

из растительного сырья.

Таблица 2

Результаты рентгеноспектрального анализа проб после обжига

Наименования проб Определяемый элемент, %

Sr Pb Fe Mn Rb та И

Шишки туи арчи 0.3258 необ. 1.5325 0.0317 0.4547 0.0223 4.8600

Скорлупа урюка 0.2341 0.0387 8.0953 0.0535 0.1872 0.0065 2.0853

Скорлупа ореха 0.8344 0.8686 5.8336 0.1276 0.1839 0.0300 1.9452

Результаты исследования сорбционной ёмкости сорбентов из растительного сырья показывают, что шишки туия и арчи обладают большей сорбционной ёмкостью (рис.4 и табл.2). Однако сроки насыщения ураном шишек туи и арчи (90 дней) превышают сроки насыщения остальных природных сорбентов (табл.3).

Таблица 3

Сравнительная характеристика природных сорбентов

Наименование сорбентов Сорбционная ёмкость Сроки насыщения Объём урана на 90 день

материала, кг ураном, дни насыщения, кг

Шишки туи и арчи 10 90 10.0

Шишки сосны 6.5 50 11.7

Скорлупа ореха 3.2 25 11.5

Скорлупа урюка 1.5 12 11.3

Выявлено, что использование скорлупы урюка за одинаковое время (90 дней) превосходит других сорбентов, при этом возможно извлечение 11.3 кг урана. Одним из преимуществ скорлупы

урюка по сравнению с другими природными сорбентами является её доступность и распространенность в Республике Таджикистан.

Поступило 10.06.2013 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рудковский А.В., Парфенов О.Г., Щипко М.Л., Кузнецов Б.Н. - Химия растительного сырья, 2000, №1, с.61-68.

2. Мирсаидов И.У., Хакимов Н., Назаров Х.М. - ДАН РТ, 2007, т.50, №1, с.46-50.

И.У.Мирсаидов, Х.М.Назаров, Н.Н.Рахдоатов, Ф.Ч,.Саломов, Ш.Б.Назаров

ХОСИЯТ^ОИ ФИЗИКИЮ ХИМИЯВИИ СОРБЕНТИ БИФУНКСИОНАЛЙ

АЗ АШЁИ ХОМИ РАСТАНИГЙ

Агентии амнияти ядрои варадиатсионии Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

^обилияти сорбсионии пучокдои чормагз, зардолу, пулакчах,ои чалгузаи арча ва дарах-ти санавбар дар хдрорати хона ва речаи динамикй омухта шудааст. Муайян карда шудааст, ки массаи биологии онх,о хосияти хуби сорбсионй дошта ва дар худ уранро чамъ менамоянд. Х,ачми калони сорбсионй онх,оро яке аз мавод^ои афзалиятдор барои тайёр кардани сорбентх,ои камарзиш арзёбй менамояд.

Калима^ои калиди: уран - сорбсия - массаи биологи - уацми динамикии мубодилави.

I.U.Mirsaidov, Kh.M.Nazarov, N.N.Rakhmatov, F.J.Salomov, Sh.B.Nazarov PHYSICO-CHEMICAL CHARACTERISTICS OF BIFUNCTIONAL SORBENT

FROM VEGETABLE RAW MATERIALS

Nuclear and Radiation Safety Agency, Academy of Sciences of Republic of Tajikistan Shells' sorption capacities for nuts, apricots, Archa's thuja and dull ends of pines at room temperature in dynamic regime are studied. It is determined that biomasses have good sorption properties and concentrating uranium. Big sorption volume makes them one of the perspective materials for development of cheap sorbents.

Key words: uranium - sorption - biomass - dynamic exchange volume.