CC BY
17
12
Химические науки
УДК 543-414:546.562
ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ НЕКОТОРЫХ ГЛИН РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН
Исаханова А. Т., кандидат химических наук, доцент кафедры экологической химии и технологии, Дагестанский государственный университет, г. Махачкала Е-mail: [email protected]
Определен рентгенофазовый анализ некоторых глин Республики Дагестан. Изучены сорбционные свойства исследуемых глин на примере модельных растворов, содержащих красители и ионы меди(Н). Установлено йодное число глин. Показана возможность удаления ионов меди.
Лучше всего извлекает ионы меди термообработанная Кайтагская глина: при семнадцати часовой обработке медь содержащего раствора, степень извлечения меди составила 80,2 %.
Ключевые слова: глины, модификация, красители, медь, сорбция.
STUDY OF SORPTION PROPERTIES OF SOME CLAY OF THE REPUBLIC OF DAGESTAN
Isakhanova А. T., candidate of chemical Sciences, associate рrofessor of environmental chemistry and technology, Dagestan state University, city of Makhachkala Е-mail: [email protected]
The x-ray phase analysis of some clay of the Republic of Dagestan is defined. The sorption properties of the studied clays were studied on the example of model solutions containing dyes and copper(II) ions. The iodine number of clay is established. The possibility of copper ions removal is shown.
It is best to remove the copper ions heat-treated Kaitag clay: with seventeen o'clock treatment of copper containing solution, the degree of extraction of copper was 80,2%.
Key words: clay, modification, dyes, copper, sorption.
Введение
Загрязнение окружающей среды является одной из приоритетных проблем, решать которую необходимо своевременно. Наибольшую актуальность представляет проблема очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.
Наиболее распространены в сточных водах гальванического производства ионы никеля (II), цинка (II), хрома (VI) и хрома (III), железа (III), меди (II).
Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий [11,12].
В качестве сорбентов применяют различные искусственные и пористые природные мате-
риалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные гели и др. Эффективными и наиболее простыми, менее дорогостоящими сорбентами являются природные минеральные сорбенты-глины [3-6,9,13].
Целью работы является исследование сорб-ционных свойств некоторых глин Республики Дагестан и определение сорбционной активности глин в отношении ионов меди.
Материалы и методы исследования
В качестве объектов исследования использовали природные глины Республики Дагестан. В экспериментах применяли фракции глин размером 1-2 мм.
Для работы выбрано 3 образца глин различного происхождения: с территорий Кайтагского, Левашинского и Акушинского районов.
Исследование сорбционных свойств проводили на модельных растворах, для приготовления которых применяли CuSO4H2O квалификации х.ч. и дистиллированную воду. Содержание ионов меди в растворах определяли спектрофотоме-трическим методом [8,10] на спектрофотометре SPECORD 210 (Analitik Jena, Германия), а также по уменьшению интенсивности окраски медьсодержащего раствора до и после обработки (=600 нм). Уменьшение интенсивности окраски медьсодер-
Таблица 1
Результаты рентгенофазового анализа глин
№ Название или происхождение глины Кварц (SiO2) Альбит (Na3[AlSi3O8]) Кальцит (CaCO3) Бернессит (Na03Ca01K01) (Mn4+,Mn3 +) 2O^1.5'H2O
1 Кайтагский район с. Джибахни 66,0 % 24,0 % 10,0 % _
2 Кайтагский район с. Джибахни (200 0С) 58,0 % 27,0 % 15,0 % _
3 Балхарская глина Акушинского района 55,0 % 45,0 % _ _
4 Бентонитовая глина Левашинского района 64,0 % 22,0% 9,0 % 5,0 %
жащего раствора можно связать с сорбцией его на сорбенте.
Для сравнительной оценки состава взятых образцов предварительно был применен метод рентгенофазового анализа. Измерения проводились при длине волны рентгеновского излучения 1,5 А0 на дифрактометре фирмы Panalytical модель Empyrean S2.
Результаты и их обсуждения Результаты рентгенофазового анализа приведены в табл. 1 и на рисунках 1-4.
Из таблицы 1 видно, что в состав глин входят минералы кварц, альбит, кальцит, а в состав бентонитовой глины также и бернессит.
Рис.2. Процентное соотношение различных фаз Рис. 1. Процентное соотношение различных фаз в термообработаной глине (200°С) Кайтагского
в глине Кайтагского района с. Джибахни района с. Джибахни
| СШДгС^ 1Д» 55 % |
Рис. 3. Процентное соотношение различных фаз в Балхарской глине
Рис. 4. Процентное соотношение различных фаз в бентонитовой глине Левашинского района
Для подтверждения возможности использования глин в качестве сорбента, были проведены их испытания по стандартным методикам [1,2].
Сорбционная активность может быть определена на основе йодного числа, определение которого основано на измерении начальной и остаточной концентрации йода в исходном растворе и после адсорбции титриметрическим методом.
Для этого навески глин фракцией 1 мм и массой 1,00 г помещали в конические колбы емкостью 250 см3, добавляли туда по 100 см3 0,1 Н раствора йода в йодиде калия. Затем отделяли глину от раствора и определяли начальную и остаточную концентрацию йода в исходном растворе и растворе после адсорбции титриметрическим методом. Обработку результатов проводили по формуле, %:
Х=
-Г,)-0.0127-100-1000 10-т
где У1 - объём раствора тиосульфата натрия (0,1 н), который пошёл на титрование 10 см3 раствора йода в йодистом калии, см3;
У2 - объём раствора тиосульфата натрия (0,1 н), который пошёл на титрование 10 см3 раствора йода в йодистом калии, после обработки его глиной, см3;
0,0127 - масса йода, которая соответствует 1 см3 раствора тиосульфата натрия, г;
100 - объём раствора йода в йодистом калии, который брали на осветление глиной, см3;
т - масса навески глины, 1,0 г.
Результаты расчета приведены в таблице 2.
Как видно из табл. 2, йодные числа глин отличаются, что связано с различной поглотительной их способностью из-за разного размера почвенных пор.
Таблица 2
Результаты по определению йодного числа глин
№ Название или происхождение глины V (№2Б203), мл Йодное число, %
1 Кайтагский район с. Джибахни 8,5 19,05
2 Кайтагский район с. Джибахни, обработанная при 200 0С 8,5 19,05
3 Акушинский район с. Балхар 8,9 13,97
4 Бентонитовая глина Левашинского района 9,2 10,16
Важной характеристикой сорбентов является определение адсорбционной активности по красителям. Согласно [1] определяли адсорбционную активность относительно ярко голубового, и фенолового красного.
Для этого навеску угля массой 0,30 г помещали в коническую колбу ёмкостью 100 см3, добавляли 25 см3 раствора красителя. После этого определяли оптическую плотность на фотоэлектроко-лориметре при длинах волн 600 нм или 480 нм в кюветах, с расстоянием между рабочими гранями 10 мм или 0,5 мм соответственно.
В качестве контрольного раствора использовали дистиллированную воду. По полученным оптическим плотностям на основании градуи-ровочного графика определяли остаточную концентрацию красителя.
Адсорбционную активность рассчитывали по формуле:
где С1 - концентрация исходного раствора красителя, мг/дм3;
С2 - концентрация раствора красителя после контакта с глиной, мг/дм3;
К - коэффициент разбавления;
т - масса навески глины, г;
0,025 - объём раствора красителя, участвующий в исследовании, дм3.
Результаты исследования адсорбционной ёмкости приведены в таблице 3.
Экспериментальные данные определения концентрации ярко голубового, и фенолового красного в растворе до и после обработки глинами приведены в таблице 3.
Из табл. 3. видно, что в случае применения глины с Кайтагского района окраска красителей усиливается, что можно объяснить изменением рН растворов или образованием комплексных соединений с микроэлементами почвы. Балхар-ская глина обесцвечивает растворы красителей лучше других глин и лучше активированного угля, и степень обесцвечивания составляет 37,73 %.
Важной характеристикой сорбентов является определение адсорбционной активности в отношении тяжелых металлов, в частности ионов меди.
Изучены сорбционные свойства глин на примере модельных растворов, содержащих ионы меди(11).
Навеску глины массой от 0,3 до 1,0 г помещали в коническую колбу емкостью 100 см3, добавляли 25 см3 раствора сульфата меди. По истечению некоторого времени, раствор отделяли от осадка фильтрованием через складчатый фильтр. Полученный фильтрат исследовали спектрофотоме-трическим методом при длине волны 620 нм в кюветах, с расстоянием между рабочими гранями равным 50 мм. В качестве контрольного раствора использовали дистиллированную воду.
№ Название или происхождение глин Оптическая плотность раствора ярко-голубого Степень обесцвечивания, % Оптическая плотность раствора фенолово-красного Степень обесцвечивания, %
до обработки после обработки до обработки после обработки
1 Кайтагский район с. Джибахни 0,282 0,524 0,767 0,960
2 Кайтагский район с. Джибахни (200 0) 0,282 0,368 0,767 0,817
3 Балхарская глина 0,282 0,133 47,51 0,767 0,289 37,73
4 Бентонитовая глина 0,282 0,262 7,11 0,767 0,725 5,48
5 Активированный уголь 0,282 0,187 33,69 0,767 0,530 30,90
Таблица 3
Зависимость степени обесцвечивания ЯГ и ФК от природы сорбентов т=0,3г; Л=600нм, £= 1 см, т=0,3г; Л=480нм, £= 0,5 см,
Таблица 4
Зависимость степени извлечения меди от природы сорбента У=25мл; т=0,3г; Л=620нм; ССи=1г/л ; 1=2часа
№ Название или происхождение глин Оптическая плотность растворов Степень
до обработки после обработки извлечения, %
1 Кайтагский район с. Джибахни 0,151 0,080 47,01
2 Кайтагский район с. Джибахни (2000С) 0,151 0,076 49,76
3 Балхарская глина Акушинского района 0,151 0,120 20,50
4 Бентонитовая глина 0,151 0,137 9,27
5 Активированный уголь 0,151 0,106 29,80
Таблица 5
Зависимость степени извлечения меди от природы сорбента У=25мл, т=0,3г; Л=620нм; ССи=1г/л , 1=17часа
Оптическая плотность
№ Название или происхождение глин растворов Степень извлечения,
до обработки после обработки %
1 Балхарская глина Акушинского района 0,151 0,096 36,4
2 Кайтагский район с.Джибахни (200 0С) 0,151 0,030 80,2
Как видно из табл. 4, глина с Кайтагского района лучше извлекает ионы меди по сравнению с другими глинами и активированным углем и степень извлечения составляет 49,76 %.
При увеличении времени обработки глинами медь содержащих растворов, степень извлечения меди увеличивается. В табл. 5 приведены данные для двух глин, обработка медьсодержащих растворов проводилась в течение 17 часов.
Как видно из табл. 5, лучшими сорбционными свойствами по отношению к катионам меди обладает глина с Кайтагского района: при 17-часовой обработки степень извлечения составила 80,2 %.
Выводы:
1. Определен рентгенофазовый анализ некоторых глин Республики Дагестан.
2. Экспериментально определенно йодное число глин. Йодное число отличается и находится в пределах от 10-19 %.
3. Изучены сорбционные свойства глин по отношению красителям: лучше всего обесцвечивают красители Балхарская глина, степень обесцвечивания которой составила 47,51 %.
4. Изучены адсорбционные свойства глин по отношению к ионам меди. Лучше всего извлекает ионы меди термообработанная Кайтагская глина: при семнадцатичасовой обработке медь содержащего раствора, степень извлечения меди составила 80,2 %.
5. Полученные результаты исследования сорб-ционных свойств природных глин Республики Дагестан позволяют рекомендовать их к применению в очистных технологиях гальванического производства от ионов меди.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 4453 - 74. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. Технические условия. М.: Государственный комитет стандартов, 1974. -11 с.
2. ГОСТ 33618-2015. Уголь активированный. Стандартный метод определения йодного числа. М.: Стандар-тинформ. 2016. -16 с.
3. Исаханова А. Т. Модифицированный бентонит как сорбент для очистки воды от соединений мышьяка// Вода: химия и экология. 2019. № 1-3. С. 155-160.
4. Исаханова А. Т. Бентонит как сорбент для очистки воды от соединений мышьяка // Тез. докл. Межд. н. -практ. конференции и школы молодых ученых «Химия, химические технологии и экология: наука, производство, образование». Махачкала, 2018. С. 214, 215.
5. Исаханова А. Т. Модифицированный бентонит как сорбент для очистки воды от соединений мышьяка // Вода: химия и экология. № 1-3. 2019. С. 155-160.
6. Карманов А. П. Технология очистки сточных вод: Учебное пособие / А. П. Карманов, И. Н. Полина. Сыктывкар: СЛИ, 2015. - 207 с.
7. КалюковаЕ. Н. Адсорбция катионов марганца и железа природными сорбентами / Е. Н. Калюкова, В. Т. Пись-менко, Н. Н. Иванская // Сорбционные и хроматографические процессы. Т. 10. Вып. 2. 2010. С. 194-200.
8. ЛурьеЮ. Ю. Химический анализ производственных сточных вод / Ю. Ю.Лурье, А. И. Рыбникова. М.: Химия, 1974. -336 с.
9. Лозинская Е. Ф., Митракова Т. Н., Жиляева Н. А. Изучение сорбционных свойств природных сорбентов по отношению к ионам меди (II) // Химические науки. Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. № (27). Т. 2. 2013.
10. МарченкоЗ. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир,1971. -502 с.
11. Новиков А. В. Улучшение качества природных и очистка сточных вод: Учеб. пособие / А. В. Новиков, Ю. Н. Женихов. Тверь: Изд-во ТГТУ, 2006. -112 с.
12. Николаева Л. А. Ресурсосбережение в технологии очистки сточных вод промышленных предприятий / Л. А. Николаева, Р. Я. Исхакова // Энергоресурсоэффективность и энергосбережение: сб. науч. тр. Казань: Та-Граф, 2014. С. 102-106.
13. Тихомирова Е. И., Истрашкина М. В., Атаманова О. В. и др. Исследование механизма адсорбции орто-фенилдиамина на бентонитах в статических условиях // Журнал «Фундаментальные исседования». 2018. № 1. С. 18-23.
