И. Марченко, И. Грайворонская, В. Медникова, Э. Хоботова

Харківський національний автомобільно-дорожній університет

Шлак ферросплавного производства как сорбент органических красителей

Целью работы являлось повышение эффективности адсорбции органических красителей шлаковым сорбентом на основе диопсида.

Экспериментальными методами исследования были спектофотометрический и ИК-спектроскопии. В статических условиях изучен процесс сорбции диопсидовым шлаком органических красителей: метиленового синего (МС), конго красного (КК), метилвиолета (МВ). Использована предварительная активация шлака в растворе 1 Н Н₂SO₄ при 20 ⁰С в течение 1 суток.

Результаты эксперимента показали, что величина статической обменной емкости (СОЕ) и эффективность сорбции МС зависит как от соотношения «МС : шлак», так и от времени сорбции. С увеличением массы шлака эффективность сорбции увеличивается, однако, характер увеличения неодинаковый для разных интервалов сорбции. Для начального периода необходимо 5000-превышение массы шлака над количеством МС для достижения достаточной эффективности сорбции. За 5 суток аналогичная эффективность достигается при 1250-кратном превышении массы шлака. Начиная с интервалов сорбции 10 суток, характерно нарастание эффективности, начиная с 1000-кратного избытка сорбента.

Наиболее целесообразно использование соотношения «МС : шлак» = 1 мг/г (рис. 1, кривые 2, 2'), при котором в течение первых 12 суток СОЕ и эффективность очистки нарастают с наибольшей скоростью. Достаточно высокая СОЕ (0,92 мг/г) регистрируется при высокой эффективности очистки 92%. В течение 30 суток не отмечено явления десорбции.

Зависимости СОЕ и эффективности очистки растворов от красителей КК и МВ представлены на рис. 2. Шлак на основе диопсида был активирован в течение 1 суток двумя химическими реагентами: 1Н Н₂SО₄ и 1Н NаОН. Как

Рис. 1 Временные зависимости СОЕ (1-4) и эффективности очистки вод от МС (1'-4') при соотношениях «МС : шлак», мг/г: 1-0,8; 2-1,0; 3-1,33; 4-2,0

Рис. 2 Временные зависимости СОЕ (1-4) и эффективности очистки вод (1'-4') от органических красителей КК (1, 2) и МВ (3, 4) при соотношениях «сорбат : шлак», мг/г: 1-0,8; 2-1,0; 3-1,33; 4-2,0 и предварительной активации шлака в 1Н Н₂SО₄ (1, 3) и 1Н NаОН (2, 4)

видно из рис. 2 сорбционные характеристики активированного кислотой диопсида выше, чем активированного щелочью. Для красителя КК это справедливо на всем временном интервале. Для МВ первоначально СОЕ и эффективность очистки вод выше при сорбции на шлаке, активированном щелочью, однако, спустя 7 суток начинается десорбция МВ (рис. 2, кривая 4). Таким образом, щелочноактивированный шлак нецелесообразно использовать при длительной сорбции в статических условиях.

Эффективность способов активации была оценена сравнением ИК-спектров поверхности шлака. ИК спектры образцов, полученных при обработке паром, водой и сульфатом алюминия, идентичны контрольному образцу. Полоса 1063 см^-1 связана с валентными ассиметричными колебаниями связи Si–O–Si . Поглощение в области 3430 см^-1 связано с валентными колебаниями молекул воды. На максимум поглощения молекул воды (3430-3435 см^-1) не оказывает существенного влияния характер обработки.

В образце, обработанном гидроксидом натрия, наблюдается усиление деформационных колебаний молекул воды в области 1629 см^-1 и появление пика в области 1583 см^-1, который можно отнести к деформационным колебаниям гидроксид-иона. В области 3000-3600 см^-1 изменений не фиксируется, хотя интенсивность пика 3430 см^-1 несколько больше, чем для ранее рассмотренных образцов.

Для образца, выдержанного в растворе серной кислоты, в области деформационных колебаний молекул воды наблюдается три пика 1698, 1635 и 1585 см^-1. Появление дополнительного пика является следствием новой координации молекул воды с кристаллической решеткой диопсида. Интенсивность пика 3430 см^-1 наибольшая в сравнении с остальными образцами. Исходя из этого, можно сделать вывод, что обработка серной кислотой является наиболее эффективным методом активации шлака.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что шлак на основе диопсида можно использовать в качестве сорбента органических красителей на уровне их низких концентраций. Наиболее эффективна его активация раствором 1Н Н₂SО₄. Оптимальным соотношением «сорбат : сорбент» является 1 мг/г.