Изучение возможности обесфторивания воды местным цеолитом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

дополнительной очистки. Полученный Сёмет возгоняют и печи сжигания кадмия и окисляют кислородом воздуха до CdO, который затем используют для изготовления кадмиевых электродов различной конструкции.

Таблица,

Содержание примесей в CdMeT полученном из отходов кадмия (II) Table. Composition of admixtures in Cdir0H derived

Содержание примесей, %

Fe Pb Си Ni Zn Tl Mn

0.0004 0.001 0.001 <0.001 1 0.001 <0.002 -

Остатки углерода с содержащимися в нем соединениями кадмия в количестве от 25 % до 0.06 % накапливают и применяют для приготовления последующих порций смеси, углерода с активной массой кадмиевых электродов ных НКА.

1.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

ЛИТЕРАТУРА

J. van Erkel С .L. // Report on Conference. - Geneva. Switzerland. September 1994. P. 133-139. Wiaux J.-P. // Report on Conference. - Geneva. Switzerland. September 1994. P. 143-147. Дасоян M.A. Производство электрических аккумуляторов / M. А. Дасоян, В. В. Новодережкин, Ф. Ф. То-машевский. М: Высшая школа. 1965. 412 с. Дасоян М.А. Химические источники тока / МА, Дасоян. Л.: Энергия. 1969. 274 с.

Русаков 1И.Р. А.с. СССР 711137, МКИ2 С 22 В 7/00. Способ переработки отработанных железом и кел ев ых аккумуляторов на товарный ферроникель / № 3035225/25-09 ; заявл. 06.09.75; опубл. 12.12.77. Кок шаров В.Я. Ах. СССР 539087, МКИ2 С 22 В 23/02, Способ переработки отработанных пластин ни-келево-железных (кадмиевых) аккумуляторов / № 2955296/25-06 ; заявл. 30.01.74; опубл. 15.12.76. iVfill В. // Report on Conference. - Geneva. Switzerland. September 1994. P. 139-142.

Волынский B.B. и др. // Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики. Саратов. Сентябрь 2005. С. 456-458.

Кафедра физической химии

«

УДК 66.081.3:543.3

А.А. Седова, А.К. Осипов ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОБЕСФТОРИВАНИЯ ВОДЫ МЕСТНЫМ ЦЕОЛИТОМ

(Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева)

e-mail: polyanskov_aleks@maiLru

Изучена возможность обесфторивания питьевой воды местным природным цеолитом. Показано, что предварительная солевая и термическая модификация повышают обменную емкость цеолита. Оптимальные условия модификации: 4-6 %-ный раствор сульфата алюминия, температура обжига -400 °С Обесфторивание проводилось в динамических условиях.

В последние годы резко повысился интерес к природным цеолитам в связи с успешным использованием их в различных областях народного хозяйства.

В республике Мордовия открыты залежи природных цеолитов, которые могут найти широкое применение в промышленности в качестве

сорбентов, осушителей, ионообменников, наполнителей при получении цементных композиций и др. Однако их физико-химические свойства еще мало изучены.

На протяжении ряда лет на кафедре аналитической химии МГУ им. Н.П. Огарева ведется работа по изучению, физико-химических свойств

местных цеолитов, возможности их использования для обесфторивания питьевой воды.

Необходимость обесфторивания воды вызвана узким интервалом физиологически приемлемых концентраций фторид-ионов в питьевой воде (ПДК 0,7-1,5 мг/л). Обесфторивание питьевой воды (снижение концентрации фторид-ионов до ПДК) для Мордовии является очень важной

, так как во многих районах отмечено превышение ПДК по фтору.

Ранее изучен цеолит Дубенского месторождения. В настоящей работе объектом исследования является цеолит А гя щ с вс к о го месторождения.

Цель исследований - оценка эффективности работы модифицированного цеолита в процессе обесфторивания воды.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Цеолит Атяшевского месторождения представляет собой твердую породу светло-серого цвета . Для работы его измельчали, просеивали, отбирали фракции диаметром d 1,5 и 2,0 мм. Отвешивали 5 г зернистого цеолита, просушивали при 150-200 °С в течение 1 часа (для повышения пористости), помещали в колонку (d - 20 мм) из полиэтилена.

Модифицирование гранул осуществляли пропусканием раствора сульфата алюминия (-20 мл) различной концентрации (2-, 4-, 6 % -ной) через колонку, заполнепиук/ цеолитом. Выдерживали 15-20 мин, промывали водой (-20 мл), затем пропускали стандартный раствор фторида натрия с концентрацией 10 мг/л. Фильтрат собирали в

A dw А

приемник (пластмассовый стакан). Остаточную концентрацию фторид-ионов определяли ионо-мегрически с помощью ионселективного электрода. В работе использовали монокристаллический LaF3 - электрод. рН растворов контролировали стеклянным электродом па универсальном ионо-мере ЭВ -74 [ 1]. Содержание ионов кальция и магния в фильтрате определяли комилексономет-рически, концентрацию сульфат-ионов - гравиметрически.

Для изучения термической устойчивости определенную массу гранулированного цеолита (-1 г) помещали в фарфоровый тигель и прокаливали 1 час при различной температуре от 150 до 800 °С в муфельной микропечи. После прокаливания образцы охлаждали и взвешивали. Для оценки способности к обесфториванию прокаленные образцы заливали стандартным раствором фторида натрия с концентрацией 10 мг/л, выдергивали -30 мин. Затем определяли остаточную концентрацию фторид-ионов ионометрически.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Удаление избыточного содержания фторид-ионов из воды осуществляют различными методами, среди которых большое значение имеют сорбционные с использованием природных материалов - цеолита, глины, песка и др. [2]. Чаще используют цеолиты, важной особенностью которых является возможность их модификации и активизации с помощью различных приемов обработки - термической, солевой, кислотной и др.

этого процесса состоит, с одной стороны, в расшатывании микроструктуры сорбента, увеличении его пористости. С другой стороны, химическая обработка приводит к изменению ионообменных свойств за счет изменения состава обменных катионов, созданию новых активных центров. Нами изучена термическая и солевая модификация местного цеолита.

Термическую модификацию оценивали по изменению массы образцов и сорбционных свойств после прокаливания. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Таблица 1

Влияние температуры на изменение массы и еорб-

т,°с ?п, г Am СмаЬ МГ/Л

начальная ^ * конечная % остаточная

200 1,0263 0,9850 0,0413 4,13 1,06

400 1,0410 0,9990 0,0420 4,20 0,95

600 0,9794 0,9226 0,0568 6,К)

800 1,0540 0,9970 0,0570 5,70 3,61

Из данных табл. 1 видно, что при повышении температуры происходит незначительное понижение массы цеолита, что, вероятно, связано с удалением воды, а также органических примесей. При более высокой температуре возможно разложение породы. Об этом свидетельствует и изменение окраски образцов от серой до светло-коричневой, которая становится заметной при температуре выше 400 °С.

Температура обжига влияет и на сорбционные свойства 1 уолита. При повышении температуры обжига выше 400 °С сорбционные свойства цеолита ухудшаются.

Солевую модификацию цеолита осуществляли пропиткой гранул раствором сульфата алюминия различной концентрации. Выходные кривые сорбции фторид-ионов модифицированным цеолитом в динамических условиях представлены на рис. 1.

У.на

Рис. 1. Выходные кривые сорбции фторид-ионов цеолитом, модифицированным сульфатом алюминия: 2 %~ный (I), 4 %-ный (2), 6 %-ный (3) (t° просушивания 150° С, Cnhf Ю мг/л)

Из рис. 1 видно, что с повышением концентрации сульфата алюминия пропорционально возрастает сорбция фторид-и оно в. Объем обесфто-ренной воды (до проскока ПДК) увеличился с 400 до 900 мл. Примерно 1 л воды можно обесфторить 5 г цеолита модифицированного 6 %-ным раствором сульфата алюминия.

Сорбция зависит также от продолжительности контакта цеолита с сульфатом алюминия. С увеличением контакта сорбционные свойства цеолита увеличиваются. Максимальное извлечение фторид-ионов наблюдалось после 30 минутной пропитки цеолита 6%-ным раствором сульфата алюминия. Это свидетельствует о том, что в природных цеолитах обменные процессы проходят медленно.

Анализ воды после фильтрации через колонку с цеолитом показал (табл. 2, рис. 2), что в начале цикла идет полное поглощение фторид-ионов, а за-тем эффективность обесфторивания снижается. pH воды поддерживается на всем протяжении фильтро-цикла от 5,0 до 7,0, что соответствует ГОСТу.

Наблюдается превышение ПДК (500 мг/л) в первых порциях по сульфат-ионам. Содержание ионов кальция в воде больше, чем ионов магния; Можно полагать, что цеолит Атяшевского месторождения является катионообменником. При его контакте с сульфатом алюминия наблюдается переход в раствор подвижных ионов кальция и незначительно магния:

3Z2Ca + 2А13+ <-» 2Z3 AI + ЗСа2*

При последующем пропускании воды протекает гидролиз соли алюминия и одновременно дефторирование воды.

A1(0H)S04+2F <->A1(0H)F2 +SO42" А1(ОН)з + F <-» А1(ОН)2 F + ОН"

С целью снижения концентрации сульфатов в фильтрате изучена возможность обесфторивания воды цеолитом модифицированным смесью солей сульфата алюминия и хлорида магния (концентрация солей 4 %, соотношение в смеси 1:1).

Кафедра аналитической химии

Таблица 2

Результаты анализа воды после сорбции фторид-ионов цеолитом до "проскока" ПДК (С^Р 10 мг/л)

W,%A12(S04)3 VftaF, МЛ pH Сьмг/л C(S042"), мг/л

2 100 6,30 0,20 390,4

220 7,65 0,80 300,0

420 7,48 1,70 90,6

4 150 6,50 0,30 416,3

250 7,10 0,40 350,0

350 7,15 0,40 272,0

450 7,15 0,50

600 7,40 0,90 160,0

700 7,40 1,80 68,6

6 100 5,30 0,20 625,0

200 6,50 0,32 550,0

300 6,70 0,30 470,0

400 6,75 0,40 380,0

600 6,80 0,70 114,0

800 6,90 1,20 72,0

900 6,90 1,90 35,0

SöJ- Г Hjo Сад «г/я pH

Рис. 2. Изменение содержания фторида (I), рН (2), сульфатов (3), Сн2о(4) в процессе фильтрования NaF через модифицированную нагрузку клиноптиолита (t° просушивания^ 150 °С,

С Ai:(S04)j=6 %)

Анализ воды после фильтрации через данный цеолит показал, что происходит значительная сорбция фторид-ионов почти на всем протяжении филь-троцикла. рН сохраняется в пределах ГОСТа (5,0-7,0). Снижается содержание сульфат-ионов в воде. Установлено содержание хлорид-ионов, не превышающих нормы ГОСТа. Отмечено повышенное содержание ионов магния в воде, что является фактором положительным.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нильский Б.П., Матеро в а Е.А. Ионоселективные электроды: Л.: Химия. 1980. 239 с.

2. Методы анализа и очистки природных и сточных вод / Сб. статей под ред. Стратулат Г.В.: Кишинев: Штиинца. 1985. 143 с.