УДК 661.185.23

 

к.х.н.Утегенова А.С., к.х.н. Рахимберлинова Ж.Б.

 

Карагандинский государственный

технический университет,Казахстан

 

ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ СУЛЬФОУГЛЯ ШУБАРКОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

 

Проблема загрязнения воздушного и водного бассейнов была и остается актуальной в силутого, что это приводит к неблагоприятным изменениям окружающей среды. Следствием этих нарушений является возникающая опасность для человека при обеспечении его продуктами питания и питьевой водой. Возникает необходимость для поддержания и сохранения чистоты окружающей среды [1]. Учеными разрабатываются и внедрены в промышленность различные методы механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод. Среди множества способов очистки, используемых в технологии водоподготовки значительное место занимают методы сорбции с применением в качестве сорбентов активированных углей, минеральных алюмосиликатных пород и т.д.[2-5]

Поиском дешевого, доступного, эффективно сорбирующего ионы тяжелых металлов материала обусловлены исследования, представленные в данной работе. Для получения сорбентов были использованы природноокисленные угли Шубаркольского месторождения, которые являются отходами угледобычи. Окисленный уголь представляет собой природный ионит, он проявляет слабокислотные свойства [6]. Для усиления кислотных свойств и повышения сорбционной обменной емкости окисленный уголь подвергли сульфированию. Сульфирование окисленного угля проводилось серной кислотой [7]. Были изучены сорбционные свойства полученного сульфоугля по отношению к ионам тяжелых металлов-. Для выявления сорбционной способности сульфоугля изучалось поглощение им ионов Cu(II), Ni(II), РЬ(П). Опыты проводились в статических условиях при 25° С.

Для получения изотерм сорбции навески (ш) сорбента (сульфоугля) заливали определенными объемами (V) модельных растворов солей металлов с начальной концентрацией (Со). При достижении сорбционного равновесия раствор отделяли от сорбента и определяли в нем равновесную концентрацию Ср ионов металла методом комплексонометрического титрования трилоном Б.

Сорбционную способность сульфоугля оценивали по величине статической обменной емкости

СОЕ = (С0 - Ср) · V / m, ммоль/г

 

На рисунке 1 приведены изотермы адсорбции ионов меди, никеля и свинца при температуре 20°С.

Изотермы сорбции являются одним из основных критериев оценки сорбционных свойств и определяют зависимость активности адсорбента от концентрации, природы иона металла в условиях равновесия. Полученные изотермы не имеют перегибов и типичны для микропористых сорбентов.

 

D:\Desktop\лррол.png

 

Рис. 1. Изотермы сорбции ионов тяжелых металлов на сульфоугле

 

Для количественной характеристики сорбционных свойств сульфоугля все изотермы адсорбции были проанализированы в соответствующих координатах линеаризации эмпирических уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра (рисунок 2). Рассчитанные значения сорбционных параметров уравнений для исследуемого сорбента приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Сорбционные параметры сульфоугля по уравнениям Фрейндлиха и Ленгмюра

Металл

Параметр сорбции

(3, ммоль/г)

1/п

Ах, г/ммоль

Кр-10'2

Ni2+

1,86

0,22

1,28

1,04

Cu5+

1,66

0,12

0,99

2,66

РЬг+

2,51

0,16

1,34

2,07

 

Рис. 2. Изотермы сорбции ионов металлов на сульфоугле в координатах уравнений Фрейндлиха (а) и Ленгмюра (б)

 

Уравнение Фрейндлиха является частным случаем общего уравнения изотермы сорбции в теории объемного заполнения микропор [8]. Величина константы 1/п колеблется в пределах от 0,12 до 0,22. Наблюдается отличие величины Р для ионов свинца, что показывает высокую сорбционную емкость сульфоугля по отношению к ионам этого металла. При одинаковых значениях 1/п - 0,16 и 0,22 для свинца и никеля соответственно, значение 3 для свинца в 1,35 раза выше, чем для никеля. Чем выше значение 3 при равных значениях 1/п, тем быстрее протекает процесс сорбции и эффективнее извлекаются ионы металла. Константа адсорбционного равновесия Кр в уравнении Ленгмюра характеризует энергию взаимодействия адсорбата с адсорбентом. Чем сильнее это взаимодействие, тем больше константа сорбционного равновесия. Значение величины Кр больше для ионов свинца и меди, следовательно, сульфоуголь в 2,5 раза лучше извлекает ионы меди, свинца, чем ионы никеля.

Величины параметров сорбции достаточно высоки и показывают приемлемость использования сульфоугля в качестве сорбента ионов тяжелых металлов. На основании полученных экспериментальных данных были построены кинетические кривые сорбции ионов никеля, меди и свинца на сульфоугле (рисунок 3).

D:\Desktop\111122222.png

Рис.3.Кинетика сорбции ионов тяжелых металлов

на сульфоугле Сме 2+-0,04 ммоль/л

 

 

Время наступления сорбционного равновесия для всех ионов металлов примерно одинаково и составляет 20-25 мин, при этом по ионам меди и свинца сорбционная емкость сульфоугля выше. Результаты исследования кинетики сорбции соответствуют данным, рассчитанным по уравнениям Ленгмюра и Фрейндлиха. Полученные кинетические кривые свидетельствуют о высокой скорости химических реакций, приводящих к извлечению ионов металлов из растворов, а также о том, что сульфоуголь может быть использован в процессах очистки не только в статическом, но и в динамическом режиме путем пропускания раствора через колонны с сорбентом.

Изучены кинетические и равновесные закономерности сорбции ионов тяжелых металлов на сульфопроизводном окисленном угле. Предлагаемый сорбент имеет такие преимущества как дешевизна и доступность. Изучение сорбционных количественных сульфоугля показало, что сорбент обладает значительной сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов и возможно использование его для очистки сточных вод. Предложение сульфоугля в качестве ионита позволит расширить ассортимент существующих сорбентов, используя при этом дешевое угольное сырье в качестве эффективного материала.

 

Литература:

 

1  Цыганков А.П., Баплацкий О.Ф., Сент В.И. Технический прогресс - химия - окружающая среда. - М.: Химия, 1979. -138 с.

2  Акимбаева А.М., Ергожин Е.Е., Джусипбеков У.Д. и др. Кислотно-основные и сорбционные свойства органоминерального катионита //Изв. НАН РК. сер хим. - 2004. - №1. - С.56-60.

3  Александров И.В., Канделаки Г.И., Куликова И.П. Цеолит-гуминовые сорбенты для очистки сточных вод //Хим.твердого топлива. - 1994. - № 4-5. - С.136-141.

4  Юркевич А.А., Попова Т.А., Канарский А.В. Новые материалы в процессах адсорбционной очистки питьевой воды //Журнал прикл. химии. - 1995. - Т.68, № 9. - С. 1551-1554.

5  Тарасевич Ю.И. Природные, модифицированные и полусинтетические сорбенты в процессе очистки воды //Химия и технология воды. - 1994. - Т.16, № 6. - С. 626-640.

6  Тарковская И.А. Окисленный уголь. - Киев: Наукова думка, 1981.-180 с.

7  Жамбал Д. Сульфирование углей Монголии //Хим.твердого топлива. - 1993. - № 1. - С. 46-48.

8  Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы). - М.: Химия, 1982. - 400 с.