Электроповерхностные свойства исходных и активированных ультрафиолетовым излучением глин ангольских месторождений Катока и Катети

С. В. Свергузова, Ж. А. Сапронова, Н. С. Лупандина, А. В. Шамшуров, К. И. Шайхиева

ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ИСХОДНЫХ И АКТИВИРОВАННЫХ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ГЛИН АНГОЛЬСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАТОКА И КАТЕТИ

Ключевые слова: электроповерхностные свойства, природные глины, сточные воды, ионы тяжелых металлов, УФ

облучение, степень очистки.

Рассмотрена возможность использования активированных ультрафиолетовым излучением глин месторождений Катока и Катети (Ангола) в процессе водоочистки от ионов меди и никеля. Исследовано влияние ультрафиолетовой обработки глин на изменение электрокинетических свойств их поверхности. Установлено смещение изоэлектрической точки после ультрафиолетового облучения и повышение эффективности очистки.

Keywords: electrosurface properties of natural clay, waste water, ions of heavy metals, UV irradiation, the degree ofpurification.

Was reviewed the possibility of using UV-activated clay deposits of Catete and Catoca (Angola) in the process of water purification from copper and nickel ions. Was researched thefluencet of the UV- treatment of clays to change the electrokinetic properties of the surface. It was established displacement of the isoelectric point after radiation and increasing cleaning efficiency.

ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ

УДК553.611: 628.3

Природные глины являются перспективными реагентами в процессах водоподготовки и водоочистки от поллютантов различного происхождения [1-4].

При очистке сточных вод природными глинами немаловажное значение имеют электропроводные свойства дисперсных частиц, поскольку с ними напрямую связаны такие явления, имеющие место в дисперсных системах, как адсорбция и коагуляция [1-4].

Ранее нами исследовались в процессах очистки модельных сточных вод от ионов тяжелых металлов природные глины месторождений Катока и Катети (Республика Ангола), являющиеся отходами при добыче алмазов [5-8]. Проведенными исследованиями определено, что в состав названных глин входят минералы каолинитовой и монтмориллонитовой групп. Последние исследовались в качестве реагентов для удаления ионов Си и N из модельных растворов. Для повышения сорбционной емкости глин применялась их ультрафиолетовая (УФ) активация [9]. В ходе проведенных исследований было установлено, что под воздействием УФ-облучения в глинах происходит изменение состава и структуры межслоевой дисперсной среды.

Изменение состава и структуры межслоевой дисперсионной среды должно приводить к изменению электроповерхностных свойств глин. С целью проверки высказанного предположения в настоящей работе определялось значение ^-потенциала поверхности частиц глин в растворах с различными концентрациями ионов Ы12+ и Си2+.

Значения электрокинетического потенциала поверхности частиц глин месторождений Катети и Катока определялись в соответствии с методикой, приведенной в [10].

Перед измерениями ^-потенциала проба глины измельчалась до размера частиц менее 0,08 мм, затем

помещалась в электромерическую ячейку для формирования порошковой диафрагмы. Движения жидкости в капиллярах вызывало смещение практически только диффузной части двойного электрического слоя (ДЭС) и по измененному значению потенциала протекания Е рассчитывали величину £ -потенциала, мВ, по формуле:

П'Е'  /££о'Р,

где п - вязкость дисперсионной среды, Па с; Е -потенциал протекания, мВ; ж - удельная электропроводность, Ом-1:см-1; Р - давление, Па; 8 -относительная диэлектрическая проницаемость воды; 80=8,85-10"12 м.

Зависимости £ -потенциала поверхности частиц глин месторождений Катока и Катети от концентраций ионов Ы12+ и Си2+ представлены на рисунках 1-4.

s

[Ni2+|. мг дм3

Рис. 1 - Зависимость ^-потенциала поверхности частиц глины месторождения Катока от концентрации ионов 1\П2+: исходной

[Си2+1, мг/дм3

Рис. 2 - Зависимость £-потенциала поверхности частиц глины месторождения Катока от концентрации ионов Си2+: исходной

ю 8

[1Ч12+|. мг дм3

Рис. 3. - Зависимость £ - потенциала поверхности частиц глины месторождения Катети от концентрации ионов 1\П2+: исходной

[Си-' ], мг дм3

Рис. 4. - Зависимость £ - потенциала поверхности частиц глины месторождения Катети от концентрации ионов Си2+: исходной

Установлено, что природная глина месторождения Катока имеет значения ^-потенциала 5,1 мВ, а УФ-обработанная - значение ^-потенциала 6,3 мВ.

Очевидно, что в обоих случаях, поверхность заряжена отрицательно, причем, УФ-обработка незначительно увеличивает значение ^-потенциала поверхности глины. При увеличении концентрации ионов в растворе от 0 до 60 мг/дм3 значение потенциала возрастает до величины +7,5 мВ для природной глины месторождения Катока, проходя

через изоэлектрическую точку при концентрации ионов Ыр+, равной 12 мг/дм3. Для УФ-обработанной глины месторождения Катока изоэлектрическая точка фиксируется при концентрации ионов Ы12+ 18 мг/дм3, достигая максимального значения + 6,0 при концентрации ионов Ы12+, равной 60 мг/дм3. Изоэлектрической точке для природной глины месторождения Катока соответствует

эффективность очистки по Ы12+, равной 78,50 %, а для УФ-обработанной глины изоэлектрической точке соответствует эффективность очистки, равная 97,50 %. При этом следует отметить, что для УФ-обработанной глины месторождения Катока наблюдается смещение изоэлектрической точки в область более высоких концентраций ионов Ы12+.

Повышение значения ^-потенциала до + 7,5 и + 6,0 при сорбции ионов Ы12+ объясняется перезарядкой внешнего диффузного слоя частиц при появлении в растворе избытка противоионов (например, N104+) из раствора. При увеличении в растворе концентрации ионов М2+ (противоионов) большая их часть вытесняется из диффузной в адсорбционную часть двойного электрического слоя. Толщина диффузной части двойного электрического слоя, а вместе с тем и всего двойного электрического слоя, уменьшается. В результате этого будет уменьшаться и величина потенциала.

Аналогичная зависимость наблюдается также для глины месторождения Катока в растворах, содержащих ионы Си2+, а также для глины месторождения Катети в растворах, содержащих ионы Си2+ и №2+.

Значения концентрации ионов Си2+ и №2+ в изоэлектрических точках и соответствующая этому эффективность очистки представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Концентрации ионов в изоэлектрических точках и соответствующая им эффективность очистки

Место- Концентрац Эффе Смещение

рожде- Состоя- ия ионов в ктивн изоэлектри

ние ние изоэлектрич ость ческой

глины ескои точке, очист точки,

мг/дм3 ки, % АС, мг/дм3

Катока Исходн. [Си2+] = 25 79,8 7,0

УФ- [Си2+] = 32 97,7

обр.

Исходн. [№2+] = 12 78,5 9,0

УФ- [№2+] = 21 97,5

обр.

Катети Исходн. [Си2+] = 34 77,2 6,0

УФ- [Си2+] = 40 97,8

обр.

Исходн. [№2+] = 20 75,7 10,0

УФ- [№2+] = 30 97,3

обр.

Для уточнения механизма процесса очистки исследована зависимость ^-потенциала от рН среды, как для исходных, так и УФ-модифицированных глин. Полученные данные показывают, что максимальное значение ^-потенциала наблюдается при рН = 8 и значение £ = -0,6 мВ для исходной

глины месторождения Катока и £ = -3,8 мВ - для УФ-модифицированной глины.

2

1" -2

х

-3 -с

ш- _4 .пгшгш ипшпшшпшпии: -5

12345678

рн

Рис. 5 - Изменение значения ^-потенциала в зависимости от рН среды для глин месторождения Катока: исходной

РН

Рис. 6 - Изменение значения ^-потенциала в зависимости от рН среды для глин месторождения Катети: исходной

Для природной глины месторождения Катети максимальному значение ^-потенциала = -0,5 мВ соответствует рН среды = 8; а для УФ-модифицированной максимум -3,6 мВ соответствует рН среды, равному 8 (рис. 5, 6).

Таким образом, в ходе проведенных экспериментов доказано влияние УФ-облучения глин на изменение их электроповерхностных свойств, приводящих к увеличению эффективность очистки от ионов Cu2+ и Ni2+.

Литература

1. У.Г. Дистанов, А.С. Михайлов, Т.П. Конюхова, Природные сорбенты СССР, Недра, Москва, 1990. 208 с.

2. Ю.И. Тарасевич, Природные сорбенты в процессах очистки воды, Наукова думка, Киев, 1981. 208 с.

3. Ю.И. Тарасевич, Украинский химический журнал, 44, 2, 130-142 (1978).

4. В.Т. Быков, Природные сорбенты, Наука, Москва, 1967. 187 с.

5. Ж.А. Сапронова, М.Ж. Гомес, К.И. Шайхиева, В.А. Юрченко, Вестник Казанского технологического университета, 17, 22, 84-86 (2014).

6. Ж.А. Сапронова, М.Ж. Гомес, Вестник Белгородского технологического университета им. В.Г. Шухова, 1, 164-167 (2014).

7. С.В. Свергузова, М.Ж. Гомес, А.В. Шамшуров, В.В. Тарасов, В.Д. Мухачева, Вестник Белгородского технологического университета им. В.Г. Шухова, 4, 164-167 (2014).

8. М.Ж. Гомес, С.В. Свергузова, Экология и промышленность России, 6, 38-42 (2014).

9. Ж.А. Сапронова, В.С. Лесовик, М.Ж. Гомес, К.И. Шайхиева, Вестник Казанского технологического университета, 18, 1, 91-93 (2015).

10. О.Н. Григоров, И.Ф. Карпова, З.П. Козьмина, Руководство к практическим работам по коллоидной химии, Химия, Москва, 1964. 33 с.

© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, зав. кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, pe@intbel.ru; Ж. А. Сапронова - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова; Н. С. Лупандина - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова; А. В. Шамшуров - к.т.н., научный сотрудник центра высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова; К. И. Шайхиева -студентка гр. 1231-32 кафедры Инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.

© S. V. Sverguzova - Professor, Head. Chair of Industrial Ecology Belgorod State Technological University, pe@intbel.ru; Zh. A. Sapronova - Ph.D., Associate Professor of Industrial Ecology Belgorod State Technological University; N. S. Lupandina -Ph.D., Associate Professor of Industrial Ecology Belgorod State Technological University; A. V. Shamshurov - Ph.D., researcher at the Center of High Technologies Belgorod State Technological University; K. I. Shaikhieva - student gr. 1231-32 Department of Environmental Engineering of Kazan National Research Technological University.