К.х.н. ¹Есина М.Н., д.х.н., ²Вигдорович В.И., д.х.н. ¹Цыганкова Л.Е.,

д.х.н. ³Шель Н.В.

¹ Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина.

Тамбов. Россия.

² Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве. Тамбов. Россия.

³Тамбовский государственный технический университет. Тамбов. Россия.

E-mail: vits21@mail.ru; тел.: +79027266572

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛАУКОНИТА ДЛЯ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ

Актуальность очистки вод различного назначения от катионов Ni²⁺ обусловлена их высокой токсичностью и, как следствие этого, очень низкими величинами предельно-допустимых концентраций в воде рыбохозяйственного (ПДК_в.х.) и хозяйственно-питьевого и культурно-бытового (ПДК_в) назначения. Никель активирует или, напротив, угнетает ряд ферментов, поражает ткань легких, вызывает дегенеративные изменения в печени, почках, сердечной мышце, проявляется и его канцерогенное действие.

Целью настоящей работы явилось изучение сорбционной способности 95%-го концентрата глауконита (полифункционального природного сорбента) по отношению к ионам Ni²⁺ из проточных хлоридных растворов. Использован глауконит Бондарского месторождения либо композитный сорбент, содержащий дополнительно 20% (по массе) SiO₂. Его предварительно обрабатывали 0,1 М NaOH (20 минут), отмывали от щелочи, обрабатывали 0,1 М HCl (20 минут), вновь отмывали, в течение 60 минут переводили в Na-форму в 3 М NaCl, удаляли ионы хлора и сушили.

Исследования проведены с использованием специального адсорбера при комнатной температуре, высоте слоя сорбента (h) 0,5 – 1,5 см и линейной скорости потока (v) 0,1 – 0,5 м/ч.

Содержание катионов Ni²⁺ оценивали посредством комплексометрического титрования с мурексидом. Исходная концентрация Ni²⁺ составляла 0,25 ммоль/л. Глубину сорбции оценивали посредством коэффициента сорбции ρ, представляющего собой отношение разности масс катионов Ni²⁺ в исходном растворе и в текущий момент или по завершению эксперимента, к его исходной величине.

Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 1. На его кривой 1 наблюдаются 2 участка – АБ, параллельный оси абсцисс, на котором ρ = 1 в пределах ошибки эксперимента, и БВ, удовлетворительно аппроксимируемый уравнением прямой линии, на котором ρ < 1 и является функцией продолжительности сорбции.

Рис. 1. Зависимость коэффициента сорбции катионов Ni²⁺ концентратом глауконита (1 – 4) и его композицией с SiO₂ (5 – 8) от линейной скорости потока v, высоты слоя сорбента и продолжительности сорбции. v, м/ч:

1 и 5 – 0,1; 2 и 6 – 0,2; 3 и 7 – 0,4; 4 и 8 – 0,5. С₀ = 0,25 М, h, см: 1 … 4 – 0,5; 5 … 8 – 1,0.

На участках АБ или АВ кривой 1 величину удельной динамической сорбции Г_д можно оценить, используя уравнение

Г_д = qτC₀/m,

где q - коэффициент, равный V_в/τ₀, представляет собой отношение объема раствора V_в, вытекающего из адсорбера за фиксированный промежуток времени τ₀ при заданной постоянной линейной скорости потока v, С₀ – начальная концентрация сорбата, τ – продолжительность сорбции, m – масса сорбента.

Легко видеть (рис. 1), что проскок катионов Ni²⁺ при использовании глауконита в качестве сорбента отсутствует только первые 20 минут сорбции при v, равной 0,1 м/ч. Затем величина ρ быстро снижается со временем (h = 0,5 см). Результаты оценки величины Г_д как функции v при h, равном 0,5 см, представлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость удельной динамической сорбции концентратом глауконита катионов Ni²⁺ от линейной скорости потока. Исходная концентрация никеля 0,25 ммоль/л, высота слоя сорбента 0,5 см.

Неожиданным явилось наличие восходящего участка АВ зависимости Г_д = f(v), т.к. можно было ожидать снижение Г_д с ростом v. Однако, видимо, на участке АВ превалирующую роль играет фактор возрастания удельного количества катионов Ni²⁺, проходящих через адсорбер в единицу времени, часть из которых в нем адсорбируется. На нисходящем участке ВС зависимости рис. 2. вклад влияния линейной скорости потока становится преобладающим, т.е. определяет глубину сорбции, т.к. лимитирующим, в первом приближении, является время контакта сорбата и сорбента. Поэтому величина Г_д снижается с ростом v.

Использование композитного сорбента, содержащего дополнительно 20 % SiO₂, повышает удельную динамическую емкость до 0,025 ммоль/г (рис. 1, кривые 5 – 8), причем собственный вклад SiO₂ в суммарную емкость практически отсутствует.