Химия и химические технологии/5.Фундаментальные проблемы создания новых материалов и технологий.
К.х.н. Шакирова В.В.
Астраханский
государственный университет
Глины Астраханской области в качестве сорбентов для
очистки воды
Глинистые
породы - наиболее
распространенные неорганические сорбенты для очистки воды. Они обладают
развитой структурой с микропорами, имеющими различные размеры в зависимости от
вида минерала. Главные химические компоненты глин Астраханской
области - это кремнезём SiO2 (57,6 - 68,8 мас. %), глинозём Al2O3 %), MgO (3,3 - 4,46 мас. %) и H2О (1,9 - 2,8 мас. % ).
Задачей настоящей работы является изучение
физико-химических и адсорбционно-структурных характеристик сорбента,
полученного путем нехимической переработки глин Астраханской области, с целью
дальнейшего использования их в качестве сорбента для очистки воды от различных
токсикантов.
С использованием стандартных методик [1-4] были изучены основные адсорбционно-структурные и физико-химические характеристики
полученного сорбента. Результаты экспериментального исследования приведены в
таблицах 1 и 2.
Таблица 1.
Физико-химические характеристики различных фракций глины.
|
Фракция × 103, м |
Пористость по ацетону, % |
Vсум. пор по воде× 10-3 , м3/кг |
Содержание влаги, % |
рН водной суспензии |
|
|
4,0-6,0 |
25 |
0,48 |
2 |
6 – 6,5 |
|
|
20-30 |
45 |
1,98 |
2 |
6 – 6,5 |
Таблица 2.
Адсорбционно-структурные характеристики различных фракций глины.
|
Фракция × 103, м |
Sуд, м2/г |
Плотность ×10-3, кг/м3 |
Истираемость, % |
Измельчаемость,
% |
|
|
Истинная |
Кажущаяся |
||||
|
4,0-6,0 |
620 |
1,98 |
0,9289 |
0,52 |
1,84 |
|
20-30 |
505 |
1,85 |
0,94 |
0,41 |
0,97 |
Как видно из полученных результатов глина
обладает достаточно высокой поглотительной способностью.
Также был проведен гидрохимический анализ
водных вытяжек из сорбента и определены органолептические показатели согласно
ГОСТ 3351-74 [5]. Полученные результаты исследований приведены в табл. 3.
Таблица 3. Показатели качества водных вытяжек в статическом
эксперименте. Вода дистиллированная, время настаивания 30 суток.
|
Показатели |
Гигиени-ческий норматив |
Сутки наблюдения |
|||||
|
1 |
3 |
5 |
10 |
20 |
30 |
||
|
Запах, баллы |
£2 |
|
|||||
|
Проба |
|
0-1 |
0-1 |
0-1 |
0-1 |
0-1 |
0-1 |
|
Привкус, баллы |
£2 |
|
|||||
|
Проба |
|
0-1 |
0-1 |
0-1 |
0-1 |
0-1 |
0-1 |
|
Цветность, градусы |
£20 |
|
|
|
|
|
|
|
Проба |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
Мутность |
1,5 |
|
|||||
|
Проба |
|
0,3 |
0,16 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
рН, условные единицы |
<6 >9 |
|
|||||
|
проба |
|
6,3 |
6,32 |
6,3 |
6,34 |
6,32 |
6,34 |
|
ХПК, мг О2/дм3 |
<5 |
|
|||||
|
проба |
|
3,5 |
3,7 |
3,72 |
3,93 |
3,93 |
3,93 |
|
Хлориды, мг/дм3 |
300-350 |
|
|||||
|
проба |
|
0,002 |
0,002 |
0,001 |
0,001 |
0,0008 |
0,0007 |
|
Общая жесткость, мг- экв/л |
£7,0 |
|
|
|
|
|
|
|
проба |
|
2,4 |
2,5 |
2,4 |
2,4 |
2,5 |
2,5 |
Согласно данным табл. 3, исследуемый
сорбент не ухудшал органолептических свойств воды (отсутствие постороннего
запаха и привкуса водных вытяжек, практически не изменялась величина
цветности). В процессе контакта глины с водой водородный показатель практически
не изменялся и соответствовал рекомендуемому гигиеническому нормативу.
Было проанализировано содержания
неорганических примесей в водной вытяжке на 30-е сутки опыт показал, что
миграция некоторых токсичных металлов практически отсутствовала, а также не
выявлена миграция металлов, влияющих на органолептические свойства воды табл.
4.
|
№ п/п |
Наименование примесей |
Гигиенический норматив, мг/дм3 |
Концентрация примесей, мг/дм3 |
|
1 |
Кадмий |
< 0,001 |
0,000003 |
|
2 |
Свинец |
< 0,03 |
0,002 |
|
3 |
Цинк |
<3 |
0,0008 |
|
4 |
Кальций |
< 0,5 |
0,02 |
|
5 |
Железо |
< 0,3 |
0,04 |
|
6 |
Медь |
< 1 |
0,0001 |
Таким образом, на основании всех проведенных
исследований, можно заключить, что сорбент, полученный из природных материалов - глин Астраханской области достаточно эффективен и
может быть использован в экологических и технологических целях.
Было проведено экспериментальное
исследование по изучению термодинамики и кинетики сорбции некоторых токсикантов
на предлагаемом сорбенте, что позволило рассчитать основные термодинамические и
кинетические характеристики процесса сорбции. Результаты исследований
представлены в таблицах 5 -6.
Таблица 5. Емкость сорбента, константы и основные
термодинамические характеристики сорбции ионов кадмия, свинца и пирокатехина на
глине.
|
Вещества |
Константы сорбции × 10-2 |
-DН, кДж/моль |
-DG298,
кДж/моль |
DS298, Дж/моль×K |
Емкость сорбента Г¥,, мг/г |
||
|
К278 |
К298 |
К315 |
|||||
|
Cd2+ |
2,05 |
1,44 |
1,09 |
20,35 |
21,9 |
5,20 |
12,5 |
|
Pb2+ |
1,88 |
1,33 |
0,93 |
19,8 |
21,1 |
4,34 |
12,7 |
|
Пирокатехин |
2,85 |
1,59 |
1,12 |
11,93 |
10,25 |
-5,6 |
10,3 |
Таблица 6.
Характеристики процесса образования активированного комплекса сорбции ионов
кадмия и свинца на глинах.
|
Вещества |
Константы скорости сорбции, мин-1 |
Еакт, кДж/моль |
–DS#298, Дж/моль×K |
||
|
К278 |
К298 |
К315 |
|||
|
Cd2+ |
18,1 |
13,5 |
10,4 |
19,36 |
144,32 |
|
Pb2+ |
15,4 |
12,3 |
10,1 |
18,96 |
131,67 |
|
Пирокатехин |
13,63 |
10,07 |
9,01 |
12,55 |
165 |
Таким образом, полученные данные
свидетельствуют о том, что глина достаточно эффективно извлекает из воды ионы
тяжелых токсичных металлов и фенола, следовательно, можно заключить, что
сорбент, полученный путем нехимической переработки природных материалов - глин Астраханской области достаточно эффективен и
может быть использован в экологических и технологических целях.
Литература
1.
ГОСТ
17219-71. Угли активные. Метод определения суммарного объема пор по воде. - М.:
Издательство стандартов, 1971.
2.
ГОСТ
16190-70 Сорбент. Метод определения насыпной плотности. - М.: Издательство
стандартов, 1970.
3.
ГОСТ
16188-70. Сорбенты. Метод определения
прочности при истирании. - М.: Издательство стандартов, 1970.
4.
ГОСТ
16187-70-16190-70. Сорбенты. Методы испытаний. Введение. 01.72. - М., 1971.-23
с.
5.
ГОСТ
3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности.
- М.: Издательство стандартов, 1975.