И.В. Грайворонская, Э.Б. Хоботова

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

Изучение кинетических характеристик процесса сорбции шлаком на основе диопсида

Сорбция как метод очистки сточных вод от загрязнителей органической и неорганической природы широко используется на практике. В последнее время в качестве сорбентов широко применяются шлаки различных производств. Такая практика значительно повышает экономичность метода и одновременно решает две экологические проблемы: по очистке сточных вод и утилизации шлаков. В каждом случае необходимы предварительные исследования химического состава шлаков, их сорбционных характеристик и кинетических параметров.

Целью работы являлось изучение кинетических характеристик процесса сорбции красителя метиленового синего (МС) шлаковым сорбентом на основе диопсида.

Проведены исследования по сорбции МС порошкообразным диопсидом во времени до достижения состояния равновесия. Сорбционные свойства тонкоизмельченного шлака изучались спектрофотометрическим методом с помощью SPEKOL 11.

На основе экспериментальных результатов построена изотерма адсорбции (рис. 1). Внешний вид выпуклой изотермы является результатом проявления одного механизма сорбции, без его смены и образования мономолекулярного слоя сорбата МС на поверхности диопсида.

Для определения порядка реакции наиболее целесообразно использование графического метода. Экспериментальные данные представляют в таких координатах, чтобы для кинетических реакций различных порядков получались прямые линии. Для реакции первого порядка должна наблюдаться линейность графической зависимости lnC₀/C–τ; для реакции второго порядка линейна зависимость 1/С–τ. Построение зависимостей в данных координатах показало, что их нельзя представить в виде прямой во всем исследованном временном интервале (рис. 2). Следовательно, порядок процесса сорбции по МС диопсидовым шлаком меняется во времени и в зависимости от соотношения «МС (сорбат) : шлаковый сорбент».

Рис. 1. Изотерма сорбции МС шлаковым сорбентом на основе диопсида при 18,6 ⁰С

Изменение порядка процесса по МС во времени подтверждается линейностью графических зависимостей в координатах lnC₀/C–τ и 1/С–τ в различные интервалы времени. В начальный период времени линейны зависимости 1/С–τ, что подтверждает второй порядок сорбции МС. Для других соотношений зависимости 1/С–τ линейны до наступления насыщения сорбента. Причем, чем больше отношение «МС : шлак», тем раньше во времени происходит смена порядка реакции со 2-го на 1-ый. Тангенс угла наклона графических зависимостей позволяет определить константу скорости процесса сорбции k₂л/г^.сут.

При насыщении шлакового сорбента линейны зависимости .

Среднее значение константы скорости сорбции k₁ = 0,0123 сут^-1.

Проведенные кинетические исследования позволяют описать процесс сорбции МС на шлаковом сорбенте с помощью уравнений Фрейндлиха и Ленгмюра. Линейная изотерма Фрейндлиха lga = 1/nlgC_p+lgK позволяет графически определить константы уравнения. Согласно экспериментальным данным адсорбционный показатель 1/n равен 0,58. Адсорбцию по всей концентрационной области МС можно описать с помощью уравнения Ленгмюра. Высокие значения статической обменной емкости и эффективности сорбции МС и наибольшая скорость их увеличения во времени отмечена при соотношении «МС : шлак» = 1 мг/г.

Рис. 2. Графические зависимости изменения концентрации сорбата МС от времени для определения: а – первого порядка реакции; б – второго порядка реакции при соотношениях «МС:шлак»: 1 – 0,8; 2 – 1,0; 3 – 1,33; 4 – 2,0