Исследование сорбционных свойств гейландита кальция

по отношению к ионам тяжелых металлов

Авторы: Помазкина О.И., аспирант кафедры Химии и пищевой технологии ИрГТУ

Филатова Е.Г., доцент кафедры Химии и пищевой технологии ИрГТУ

Соболева В.Г., доцент кафедры Химии и пищевой технологии ИрГТУ

Свитова А. О., студентка группы ТПП-10 ИрГТУ

Среди современных методов, обеспечивающих эффективную очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов, особая роль принадлежит физико-химическим технологиям. Как правило, эти технологии обладают неоспоримыми преимуществами при решении многих задач обеспечения чистоты окружающей среды [1].

В аналитическом обзоре [2] рассмотрены экологические и экономические аспекты восстановления и извлечения ионов тяжелых металлов из гидрометаллургических отходов, отработанных аккумуляторов, и других источников. Предотвращение экологической опасности загрязнения сточных вод ионами тяжелых металлов может быть достигнуто реализацией следующих задач: повышением степени очистки сточных вод; использованием извлеченных ионов металлов; созданием оборотной системы водоснабжения. Для достижения указанных задач наиболее перспективными методами обезвреживания сточных вод от ионов тяжелых металлов являются сорбционные способы обработки стоков.

Природные и синтетические цеолиты широко используют для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод. Информация по использованию гейландита кальция для извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод в литературе отсутствует.

Целью работы явилось изучение возможности использования природных цеолитов для извлечения из сточных вод гальванического производства ионов никеля и меди.

В качестве объекта исследования использовали природные цеолиты месторождения Восточного Забайкалья. Цеолиты относятся к группе каркасных алюмосиликатов, кристаллическая решетка которых образуется тетраэдрами [SiO₄]^4- и [AlO₄]^5-, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас [3]. Наличие полостей и каналов в микроструктуре цеолитов, а также достаточно большая свобода движения катионов и молекул воды определяет уникальные свойства цеолитов. В водной среде цеолиты легко обменивают свои катионы (Са²⁺, Na⁺, К⁺ и др.) на другие катионы, находящиеся в растворе. Цеолиты относятся к разряду микропористых сорбентов с размером микропор 0,5-1,5 нм [4].

Для исследования свойств цеолита использованы следующие методы анализа: рентгенофазовый анализ на автоматизированном порошковом дифрактометре D8-ADVANCE; инфракрасная (ИК) спектроскопия на приборе BRUKER Tensor 27. В экспериментах использовали предварительно отсеянную на сите фракцию цеолита размером 1,0-1,5 мм.

Изучение сорбции ионов никеля и меди осуществляли на водных растворах, для приготовления которых использовали NiSO₄·7H₂O квалификации «ХЧ», пятиводный сульфат меди CuSO₄·5H₂O квалификации «ХЧ», и дистиллированную воду. Выбор исходной концентрации ионов никеля и меди в исследуемых растворов обоснован реальным составом сточных вод гальванических цехов. Содержание ионов тяжелых металлов в водных растворах определяли спектрофотометрическим методом анализа [5].

Изучение сорбционных свойств цеолитов по отношению к никелю и меди проводили в статических условиях. Для построения изотермы сорбции в работе использовали метод неизменных навесок (1 г цеолитов) и переменных концентраций. Величину сорбции (А, мг/г) вычисляли по формуле

где с₀ и с_равн. – исходная и равновесная концентрации ионов тяжелых металлов в растворе, мг/л; m – навеска цеолитов, г; V – объем раствора, л. Объем раствора составлял 0,1 л.

В ходе выполненной работы методом рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии подтвержден состав природного образца цеолитсодержащей породы Забайкальского месторождения, состоящей из гейландита кальция Ca[Al₂Si₇O₁₈]·6H₂O, а также примесной породы – калиевого шпата КАlSi₃O₈.

Величина сорбции ионов никеля на гейландите кальция при 298 К составила 5,9 мг/г, ионов меди – 4,8 мг/г. Установлено, что сорбция ионов тяжелых металлов на исследуемых цеолитах по законам формальной кинетики, подчиняется реакции первого порядка. Значение кажущейся энергии активации для никеля составило 21,1 кДж/моль, для меди – 18,8 кДж/моль. Рассчитаны также термодинамические показатели сорбции ионов никеля и меди на исследуемых цеолитах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алекссев Е.В. Физико-химическая очистка сточных вод. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. 248 с.

2. Coman V., Robotin B., Ilea P. Nickel recovery/removal from industrial wastes: A review // Resources, Conservation and Recycling. 2013. V. 73. P. 229-238.

3. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. М.: Мир, 1976. 781 c.

4. Цицишвили Г.В., Андроникошвили Т.Г., Киров Г.Н., Филизова Л.Д. Природные цеолиты. М.: Наука, 1988. 128 с.

5. Марченко. З. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир, 1971. 502 с.