к.х.н., Рахимберлинова Ж.Б., к.т.н. Мехтиев А.Д., Югай В.В.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Некоторые аспекты практического использования хлорпроизводных углей

В связи с загрязнением окружающей среды приоритетны направления создания эффективных технологий и средств очистки сточных вод [1].

В настоящее время технология очистки промышленных вод включает различные операции: от предварительной фильтрации с отделением механических примесей до суперочистки с помощью природных и синтетических ионитов. При использовании последних удается получить более стабильные результаты по очистке стоков и увеличить срок эксплуатации за счет возможности их регенерации. В этой связи представляют интерес сорбенты на основе хлор-, аминохлорпроизводных угля, гуминовых кислот, содержащих в своем составе различные функциональные группы и гетероатомы – N, O, Cl, которые предположительно должны усилить полезные свойства немодифицированных углей и гуминовых кислот.

В данной статье представлены результаты исследований ионообменные, свойства модифицированных угольных веществ.

Катионообменные свойства некоторых углей и полученных из них гуминовых кислот общеизвестны [2-3]. Однако широкое использование угольных сорбентов в этом качестве возможно при улучшении ряда эксплуатационных и технологических характеристик. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является химическая модификация угля и гуминовой кислоты, которая позволяет увеличить химическую стойкость их в различных средах, ввести в состав ряд функциональных групп, способных к ионизации и, следовательно, повысить сорбционные свойства.

Нами изучены ионообменные свойства исходных углей рядового угля (1), гуминовой кислоты (2), а также модифицированные хлорированные угли (3) и хлоргуминовые, аминохлоргуминовые кислоты (4) соединений по отношению иону меди и никеля. Результаты исследований показывают, что при равных условиях сорбции, значения статистической объемной емкости (СОЕ) данных образцов зависят как от природы сорбируемого катиона, так и от структуры исследуемых сорбентов (таблица 1).

Таблица 1 - Ионообменные свойства модифицированных углей и ГК

№ соединения	Шифр соединения	Извлечение, %
		Ni^2+	Cu^2+
Рядовой уголь (1)	РУ	0,04	0,92
Гуминовая кислота (2)	ГК	1,30	3,21
Хлорированный рядовой уголь (3)	ХРУ	0,08	1,49
Хлоргуминовая кислота	ХГК	2,09	3,85
Аминохлорированные угли(4)	АХУ	3,15	3,76
Поликонденсат аминохлоргуминовой кислоты с формальдегидом-Ф (5)	АХГК-Ф(5)	0,35	0,42

Сравнение сорбционной способности исследуемых образцов показывает, что СОЕ по иону меди у них несколько выше, чем у гуминовой кислоты (2).

В случае сорбции катионов никеля наилучшие результаты имеет аминохлорированные угли (4). Введение в состав соединения аминногруппы увеличивает СОЕ по никелю в 8 раза. В тех же условиях уголь (1) катионы никеля сорбирует незначительно, а гуминовая кислота (2) проявляет к ним специфически низкую активность. Таким образом, модификация оказывает большое влияние на величину СОЕ гуминовой кислоты.

Представляло интерес изучить ионообменные свойства синтезированного поликонденсата АХГК-Ф (5).

Соединения АХГК-Ф (5) после отверждения нерастворимы в воде, щелочах, поэтому процесс сорбции различных катионов можно осуществлять при рН >7. Это связано с образованием трехмерной полимерной сетки за счет взаимодействия между различными функциональными группами, в результате чего уменьшается количество ионогенных групп в структуре сорбента. Нами изучены различные факторы процесса сорбции катиона меди, результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость сорбционной способности АХГК - Ф по отношению к ионам меди от различных факторов

Фактор			СОЕ, мг-экв/г	Степень очистки, %
Т:Ж	рН	[Cu^2+], моль/л
1:500 1:250 1:150	6,1	0,0006 0,0006 0,0006	0,208 0,250 -	33,3 80,0 96,8
1:500 1:500	6,1	0,0013 0,0032	0,291 0,416	23,3 53,3

Степень извлечения меди зависит от рН среды, концентрации ионов меди, соотношения твердой и жидкой фаз компонентов раствора. Наибольшая величина сорбции для АХГК-Ф (5) наблюдается при соотношении твердой и жидкой фаз 1:150. Важное значение имеет и концентрация ионов металла в растворе: с увеличением концентрации в три раза степень очистки двукратно возрастает. При оптимальных условиях степень очистки достигает 96,8%. Использование АХГК-Ф (5) предпочтительно в сильнощелочной и сильнокислотной областях.

Таким образом, представленные результаты свидетельствуют, что соединения, содержащие в составе амино-, хлор- и карбоксильные группы, проявляют высокую сорбционную способность по отношению катионам металлов. Степень извлечения меди составляет соответственно 81-96,8 %. Полученные данные предполагают возможность использования соединений в качестве эффективного сорбента для очистки сточных вод.

Литература

1. Александрова И.В., Канделаки Г.И., Куликова И.П. Цеолит-гуминовые сорбенты для очистки сточных вод //Химия твердого топлива. –1994. - № 4-5. – С. 136-141.

2. Жеряков Г.И., Манько К.И., Ступин А.Б., Кочканян Р.О. Катионообменные свойства модифицированного карбоксильными группами угля //Химия твердого топлива. – 2006. - № 2 – С. 13-19.

3. Кучеренко В.А., Хабарова Т.В., Чотий К.Ю. Окисление природного угля ацетил нитратом как первая стадия получения углеродных адсорбентов гуминовых кислот //Журнал прикладная химия. – 1996. – Т. 69, Вып. 9. – С. 1462-1467.