Д.х.н. ¹Цыганкова Л.Е., д.х.н. ²Вигдорович В.И., асп. ²Морщинина И.В., д.х.н. ²Шель Н.В., к.х.н. ¹Урядников А.А., к.х.н. ¹Есина М.Н.

¹ Всероссийский научно-исследовательский институт использования техники и нефтепродуктов. Тамбов. Россия.

² Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина,

Тамбов, Россия. E-mail: vits21@mail.ru.

Сорбция глауконитом катионов магния (II) из хлоридных растворов, содержащих посторонние электролиты

Природные глинистые минералы и биопродукты продолжительное время изучаются как сорбенты для очистки питьевых вод [1 - 5] и эффективные биоиндикаторы [6] экологической чистоты биосферы. Не ослабевает к ним интерес и в настоящее время [7, 8].

Целью настоящего сообщения явились результаты изучения сорбции катионов Mg²⁺ 95%-м концентратом глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области (Россия) из модельных хлоридных растворов и сред, содержащих дополнительно фиксированные количества Na₂SO₄ или KNO₃. Стандартные растворы Mg²⁺ готовили растворением металлического магния с содержанием основного вещества 99,94 масс.%. Концентрация Mg²⁺ - 120 мг/л и менее (последовательное разведение). Содержание Na₂SO₄ и KNO₃ оставалось постоянным и составляло 16,5 или 1,65 мМ сульфата натрия либо 5,0 или 0,5 мМ нитрата калия. Сорбцию осуществляли из механически перемешиваемых непроточных сред с массой сорбента 1, 2, 3 или 5 г/100 мл раствора.

Концентрацию Mg²⁺фиксировали комплексонометрическим титрованием трилоном Б с индикатором эриохромом черным Т. Оценивали коэффициент адсорбционного извлечения Mg²⁺ (ρ), представляющий собою отношение разности концентрации катионов до и после сорбции к их исходному содержанию. Эксперименты проведены при комнатной температуре в воздушной атмосфере. Сорбент отмывали от исходных катионов жесткости 3 М NaCl с переводом его в Na-форму, рН сред 5,8-5,9

При сорбции из хлоридных растворов, не содержащих посторонних электролитов, с исходной концентрацией 5 ммоль/л MgCl₂ основная часть катионов сорбируется в первые пять минут (рис. 1), а сорбционное равновесие достигается за 20 минут. Величина ρ_равн зависит от используемой массы сорбента m, но зависимость ρ_равн = f(m_c) не носит линейного характера.

Рис. 1. Зависимость величины ρ от массы используемого сорбента и продолжительности сорбции. Исходная концентрация магния 0,12 г/л. Объем раствора – 0,1 л. mсорб., г: 1 – 1; 2 – 2; 3 – 3; 4 – 5.

Снижение вдвое исходного содержания Mg²⁺ позволяет достичь ρ_равн порядка 88 %.

Введение 16,5 мМ Na₂SO₄ в 5 мМ растворы MgCl₂ повышает их ионную силу и существенно снижает величину ρ_равн (рис. 2), которая в присутствии 5 г сорбента в 100 мл раствора составляет не более 25 %.

Рис. 2. Зависимость величины ρ от массы используемого сорбента и продолжительности сорбции из 5,0 мМ растворов, содержащих 16,5 мМ (1 -4) и 1,65 мМ (5 - 8) Na2SO4. Масса сорбента, г: 1 и 5 – 1; 2 и 6 – 2; 3 и 7 – 3; 4 и 8 – 5.

Снижение вдвое концентрации MgCl₂ при С_{сульфата} = const повышает ρ_равн до 52 %. Подобное влияние оказывает и введение KNO₃, хотя в его присутствии ионная сила раствора увеличивается много слабее, т.е. величина ρ_равн определяется как концентрацией, так и природой постороннего электролита.

Оценка подчинения сорбции изотермам Фрейндлиха, Темкина, Ленгмюра показала, что наиболее вероятна реализация процесса по уравнению

где Г и Г_∞ - удельная текущая и максимальная удельная адсорбция, К₁ – константа адсорбционного равновесия. С учетом оценок Г_∞ и К₁ с использованием уравнения

ΔG = -RTlnК₁,

получена величина ΔG_адс, а из зависимости

dГ/dτ = K_c(Г_∞ – Г_τ),

где τ – время от начала процесса, К_с – константа скорости адсорбции. Значение dГ/dτ найдено графическим дифференцированием. Соответствующие данные приведены в таблице 1.

Таблица 1. Физико-химические параметры сорбции катионов Mg²⁺ концентратом глауконита из фоновых растворов и сред, содержащих посторонний электролит.

Природа и концентрация индифферентного электролита	К1, л/моль	Г∞, ммоль/г	- ΔGадс, кДж/моль	Кс, мин^-1
Отсутствует	1770	0,09	18,2	0,058
16,5 мМ Na2SO4	950	0,03	16,7	0,064
1,65 мМ Na2SO4	530	0,10	15,3	0,123
5,0 мМ KNO3	3330	0,02	19,7	0,044
0,5 мМ KNO3	610	0,11	15,6	0,067

Как следует из экспериментальных данных, удельная адсорбция катионов Mg²⁺ на глауконите из хлоридных растворов невелика. Однако, это компенсируется большими массами имеющегося природного минерала, его экологической чистотой и в случае магния отсутствием необходимости в десорбции катионов при замене сорбента в технологических процессах.

Исследование проведено в рамках выполнения задания Министерства образования и науки РФ № 2014/285 (проект №1501) на оборудовании ЦКП «Нанохимия и экология» Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина.

Литература.

1. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Р.Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев. Наукова думка. 1975. 352 с.

2. Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды. Киев. Наукова думка. 1981. 208 с.

3. Raupach M., Emerson W.W., Slade P.G // J. Colloid Interface Sci. 1979. V. 69. № 3. p. 408.

4. Barrer R.M., Towsend R.P. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. I. 1976. V. 72. № 11. p. 2660.

5. Тарасевич Ю.И., руденко Г.Г., Кравченко В.А., Поляков // Химия и технология воды. 1979. Т. 1. № 1. С. 68.

6. Gonzalez A.G., Pokrovsky O.S. // J. Colloid Interface Sci. 2014. V. 415. № 2. p. 178.

7. Srivastava P., Singh B., Angove M. // J. Colloid Interface Sci. 1979. V. 69. № 3. p. 408.

8. Singh K.K., Rastoqi R., Hasan S.H. // J. Colloid Interface Sci. 2005. V. 290. № 1. p. 68.