Экологическая безопасность химически модифицированного диатомита Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.183:66.002

М. В. Бузаева (к.х.н., доц.), Е. М. Булыжев (д.т.н., проф.), Е. С. Климов (д.х.н., проф., зав. каф.)

Экологическая безопасность химически модифицированного диатомита

Ульяновский государственный технический университет, кафедра химии

432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32; тел. (842) 2778132, e-mail: [email protected]

M. V. Buzaeva, E. M. Bulyzov, E. S. Klimov

Ecological safety of chemically modified diatomite

Ulyanovsk State Technical University 32, Severny Venetz Str., 432027, Ulyanovsk, Russia; ph. (842 2) 778132, e-mail: [email protected]

Исследовано выщелачивание ионов алюминия из химически модифицированного диатомита при различных значениях рН. Проведен сравнительный анализ количества выщелачиваемого алюминия по отношению к его содержанию в почве. Показано, что использование химически модифицированного диатомитового порошка экологически безопасно и отработанный сорбент не оказывает отрицательного влияния на почву после его утилизации. Его применение может быть рекомендовано для очистки нефте-содержащих сточных вод.

Ключевые слова: выщелачивание; диатомит; ионы алюминия; сорбент; химическое модифицирование.

Заметный вклад в экологическое неблагополучие городов вносят механообрабатываю-щие цеха машиностроительных и других предприятий. Большинство современных технологических процессов обработки металлов выполняются с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). В процессе эксплуатации СОЖ утрачивают свои технологические свойства. В результате предприятия вынуждены 1—2 раза в месяц направлять на разложение отработанные СОЖ, заменяя их свежеприготовленными. Водная фаза после разложения СОЖ без надлежащей очистки содержит различные органические и неорганические загрязняющие вещества '.

Одним из приоритетных способов очистки таких сточных вод является очистка с помощью природных сорбентов. Химическое модифицирование растворами солей металлов различных природных материалов позволяет получать сорбенты, имеющие высокую сорбцион-ную емкость по органическим и неорганическим веществам, в том числе и образующимся в про-

Дата поступления 25.01.11

Leaching ions of aluminium from chemically modified diatomite at various values pH is investigated. The analysis quantity of leached aluminium in relation to its maintenance in soil is carried out. It is shown that use chemically modified diatomaceous powder is ecologically safely and fulfilled sorbent does not render negative influence on soil after its recycling. Its application can be recommended for clearing of petrocontaining sewage.

Key words: leaching; diatomite; aluminium ions; a sorbent; chemical modifying.

цессе разложения СОЖ. При этом серьезной проблемой становится утилизация отработанных сорбентов и возможность негативного воздействия их компонентов при попадании в 2

окружающую среду 2.

Целью работы явилось изучение выщелачивания ионов алюминия из химически модифицированного диатомита в кислых средах.

Экспериментальная часть

Исходный диатомит (фильтропорошок Инзенского диатомового комбината, Ульяновская область) был нами модифицирован раствором сульфата алюминия (50 мг на 1 г диатомита) с последующей обработкой аммиаком и термообработкой при 200 оС в течение 2 ч. Удельная поверхность полученного сорбента, рассчитанная по изотерме адсорбции метиле-нового голубого, составляет 295 м2/г 3.

В качестве выщелачивающей жидкости для ионов алюминия из сорбента использовали 1М раствор KCl, которым пользуются для определения содержания ионов металлов в почве

(ГОСТ 26483—85). Нужные значения рН выщелачивающей жидкости устанавливались с помощью разбавленных растворов HCl и NaOH.

Сорбент массой 10 г помещали в растворы с различными значениями рН. Смесь перемешивали в течение 1 ч, сорбент отфильтровывали. В фильтрате определяли концентрацию ионов алюминия фотометрическим методом (ГОСТ 18165-89).

Количество алюминия, выщелачиваемого в ионной форме из модифицированного диато-митового порошка, рассчитывали на 100 г сорбента и вычисляли его долю от общего содержания алюминия.

Результаты анализов обрабатывались с помощью программы Microsoft Excel с вычислением среднего арифметического значения ( х ), его отклонения ( d=x-x ) , стандартного отклонения

S=/X d 2/(n -1)

и доверительного интервала (х± ea или х± ±SxtaK /п). Значение заданной доверительной вероятности, a=0.95. Общее число определений, n=4; число степеней свободы, К=п—1=3. Значение коэффициента Стьюдента, ta, К= 3.18 4.

Обсуждение результатов

По данным многочисленных исследований, алюмосиликатная составляющая природных минералов в кислой среде становится источником подвижных форм алюминия и железа, которые оказывают прямое токсичное воздействие на растения и способствуют дальнейшему снижению pH почвенного раствора.

При трансформации поверхностных слоев кристаллической решетки алюмосиликатов и растворении минералов в растворе вместе с простыми ионами Al3+ и Fe3+ появляются гид-роксокомплексы переменной основности. Концентрация и формы соединений алюминия и железа регулируются, главным образом, степенью кислотности или щелочности раствора.

Трансформации кристаллической решетки под действием среды подвергаются как природный диатомит, так и термически обработанный при 800 оС. Исходя из элементного состава диатомита, в минерале на 100 г в среднем приходится 2.5—3.0 г алюминия, который в виде ионов выщелачивается из природного диатомита при рН<4.5, и из термически обработанного при рН<3.5 5

Химическое модифицирование диатоми-тового порошка солью алюминия улучшает его сорбционные свойства. Модифицированный сорбент обеспечивает степень очистки сточных вод от нефтепродуктов до 99.4 %. Полученный порошок обладает динамической сорбционной емкостью по нефтепродуктам, составляющей 250 мг/г порошка 6.

Так как модифицирование исходного сорбента проводилось солью алюминия, при попадании отработанного сорбента в почву при утилизации и захоронении возможно выщелачивание ионов алюминия под действием кислой среды в количествах, превышающих среднее содержание алюминия в почвах.

В исходном диатомитовом порошке, по данным элементного анализа, валовое содержание оксида алюминия составляет 7.5 % (3.97 г алюминия на 100 г диатомита). В процессе модифицирования (из соотношения 0.05 г сульфата алюминия на 1 г порошка) содержание алюминия увеличивается до 4.76 г на 100 г диатомита.

Было проведено исследование влияние рЬ среды на процесс выщелачивания ионов алюминия, результаты которого представлены в табл. 1.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что выщелачивание алюминия из модифицированного диатомитового порошка при низких значениях рН незначительно: 1.83— 12.5 мг/100 г сорбента по сравнению с общим содержанием алюминия в почвах — 150—600 мг/кг. Небольшое количество вымываемых ионов алюминия может быть связано

Исходное значение рН 1 2 3 4 5 6 7

Концентрация ионов алюминия в вытяжке, мг/л 24.67± 0.89 10.66± 0.33 3.66± 0.88 0.67± 0.33 0.0 0.0 0.0

Выщелачивание алюминия мг/100 г сорбента 12.5 5.50 1.83 0.34 0.00 0.00 0.00

% от валового содержания 0.52 0.23 0.13 0.02 0.00 0.00 0.00

Таблица 1

Выщелачиваемость ионов алюминия из модифицированного сорбента в статических условиях в зависимости от рН выщелачивающей жидкости

с тем, что в результате термообработки почти все количество алюминия, вносимого в процессе модифицирования в сорбент, находится в виде оксигидроксида или оксида.

Таким образом, при низких значениях рН из диатомита, в том числе и модифицированного, может происходить выщелачивание ионов алюминия, высокотоксичного для растений. По данным 5 значение рН сточных вод городских свалок и атмосферных осадков изменяется в пределах 5.5—8.0. В связи с этим можно утверждать, что выщелачиваемость ионов алюминия не будет превышать допустимых норм. С другой стороны, имея некоторую буферную емкость, диатомит способен защитить почвы от губительного действия кислотных дождей, под действием которых из почвы вымываются ионы алюминия, поскольку они хорошо сорбируется диатомитом.

Литература

1. Булыжев Е. М., Худобин Л. В. Ресурсосберегающее применение смазочно-охлаждающих жидкостей при металлообработке.— М.: Машиностроение, 2004.— 352 с.

2. Лисин С.А. Модифицирование биогенного кремнезема и пути его использования. Дис. ... канд. хим. наук. — Казань, 2004. — 121 с.

3. Бузаева М.В. // Безопасность жизнедеятельности.- 2008.- Т.3.- С. 28.

4. Урбах В. Ю. Математическая статистика для биологов и медиков.- М.: АН СССР, 1983.267 с.

5. Основы общей промышленной токсикологии: руководство / под ред. Н.А. Толоконцева, В. А. Фило-ва.- Л.: Медицина, 1976.- 242с.

6. Романова О. А., Бузаева М. В., Климов Е. С. // Изв. вузов. Северо - Кавказский регион. Технические науки.- 2009.- №3.- С.89.