CC BY
203
УДК 628.543.34
К. А. Жашуева, Н. О. Сиволобова Н. В. Грачева, А. В. Сикарская
ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ АДСОРБЕНТАМИ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Ключевые слова: адсорбенты, лузга подсолнечника, металлосодержащие сточные воды.
Использование отходов подсолнечной лузги позволяет комплексно решить проблему утилизации сельскохозяйственных отходов и получения адсорбентов для очистки сточных вод промышленного производства от ионов тяжелых металлов, в частности меди. Проведены исследования по оценке адсорбционной способности материалов, определены кинетические зависимости процесса.
Keywords: adsorbents, sunflower husks, metal-containing wastewater.
The use of sunflower husk waste allows to solve the problem of utilization of agricultural waste and obtaining adsorbents for wastewater treatment of industrial production from ions of heavy metals, in particular copper. Studies on the evaluation of the adsorption capacity of materials have been carried out, the kinetic dependencies of the process.
Введение
Технологические процессы многих отраслей промышленности предполагают образование стоков, содержащих ионы тяжелых металлов. Образующиеся водные растворы содержат ионы Fe2+, Сг6+, Си2+, N , Zn . Наличие этих загрязнителей в водных объектах представляет опасность, как для человека, так и для окружающей среды в целом. Особенностью организации системы очистки таких стоков является необходимость снижения концентрации загрязнителя до очень низких, порой следовых количеств [1]. Способом, который позволяет решить вопросы обезвреживания сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов с достижением требуемых показателей, в объемах промышленного предприятия, при минимизации затрат является сорбция.
Ассортимент сорбентов и ионообменных материалов, существующих в настоящее время очень широк и разнообразен, однако, как показывает анализ научно - технической информации, создание доступных, недорогих, обладающих хорошими сорбционными характеристиками, пригодных к утилизации или регенерации адсорбентов является актуальным направлением многих исследований [2 -4]. Особое внимание уделяется получению сорбци-онных материалов на основе отходов растительного происхождения.
Растительные отходы такие, как лузга подсолнечника, овса, гречихи, риса в своем химическом составе содержат целлюлозу (до 30%) и лигнин (до 25%), то есть вещества, которые способны осуществлять процессы физической сорбции и хемо-сорбции.
Лузга подсолнечника представляет собой доступный многотоннажный отход с невысокой стоимостью, поэтому является перспективным сырьем для получения различных продуктов - меланина [5], сорбционных материалов [3].
Экстракционное выделение меланина из лузги подсолнечника по способу [6] проводится ее обработка 0,1-0,5М раствором щелочи (гидроксида натрия) в вибрационной установке. Использование в качестве экстрагента раствора гидроксида натрия
повышает растворимость меланоидного компонента, при этом так же происходит расщепление нерастворимого комплекса биополимеров: целлюлоза-лигнин-гемицеллюлозы с выделением водорастворимых полисахаридов.
Оставшиеся после извлечения меланина отходы лузги могут быть использованы в качестве сорбентов для удаления ионов металлов, так как проведенная экстракционная обработка удаляет водорастворимые и щелочерастворимые вещества. Удаление этих веществ позволяет функциональным группам лигнина стать более доступными для ионов, следовательно, интенсифицировать процесс хемосорбции. Наличие щелочной среды так же способствует увеличению сорбционной способности материала по ионам металлов, их удаление происходит за счет образования гидроксидов, которые остаются в порах адсорбента (целлюлозы) и не требуют специального выделения.
Для оценки возможности и эффективности применения отходов лузги подсолнечника в качестве сорбента для удаления ионов тяжелых металлов были проведены экспериментальные исследования. Эффективность процесса оценивалась путем фотоколориметрического метода анализа.
Экспериментальная часть
В качестве сорбентов использовались три вида сорбционных материалов на основе лузги подсолнечника:
- отходы лузги после извлечения меланина при обработке раствором гидроксида натрия концентрацией 0,25М;
- сорбент, полученный специальной обработкой лузги [7];
- лузга без специальной обработки, прошедшая только этап измельчения.
В качестве модельных сред использовались растворы с концентрацией ионов Си2* 0,5 мг/мл Ре2+ 0,5 мг/мл. Для проведения процесса очистки использовались соотношение сорбента к раствору - 1 г на 50 мл. Процесс сорбции проводился в статическом режиме.
Кривые кинетики адсорбции приведены на рисунках 1 и 2.
а1 - отходы лузги после извлечения меланина, а2 - сорбент, полученный специальной обработкой лузги, а3 - лузга без специальной обработки
Рис. 1 - Кинетические зависимости адсорбции ионов меди
а1 - отходы лузги после извлечения меланина, а2 - сорбент, полученный специальной обработкой лузги, а3 - лузга без специальной обработки
Рис. 2 - Кинетические зависимости адсорбции ионов железа
Как видно из экспериментальных данных лучший результат, достигнут при использовании лузги-отхода производства меланина, при обработке достигается практически полное извлечение ионов ^2+ 1-2+ Си в течение двух часов и ионов ге в течение
полутора часов.
Сорбент, полученный специальной обработкой лузги по способу [7], показал меньшие результаты очистки вероятно в силу того, что при кислотной обработке происходит частичный гидролиз лигнина, что ведет к снижению сорбционной активности материала по отношению к ионам металлов.
Обработка раствора сорбентом из измельченной лузги показывает низкую сорбционную способность к данному виду загрязнений из-за наличия большого количества балластных веществ в материале, затрудненному доступу ионов к хемосорбенту (лигнину).
Результаты экспериментов статистически обработаны и приведены в работе при доверительной вероятности Р=0,95, п=5 (п - количество экспериментов).
Выводы
Полученные результаты позволяют сделать выводы о перспективности работы над получением сорбентов на основе лузги подсолнечника, а так же использования отходов лузги. При наличии производства меланина может быть предложена комплексная переработка лузги подсолнечника с получением адсорбентов. Возможно так же самостоятельное получение сорбентов с использованием технологических приемов извлечения меланина -щелочную экстракцию с вибрационным воздействием, а так же ряд корректировок по подбору рН среды, температурным режимам.
Применение предложенного вида адсорбента -отхода лузги подсолнечника может также решать проблему утилизации отработанных сорбционных материалов. В силу того, что основой сорбента остается растительная основа материала, рН материала после процесса очистки - нейтральный (в диапазоне от 6 до 7), и его можно вносить в почвы в качестве источника микроэлементов - меди, железа, цинка.
Литература
1. Ю.К. Рубанов, Ю.Е. Токач, М.Н. Огнев, Переработка шламов и сточных вод гальванических производств с извлечением ионов тяжелых металлов. Современные наукоемкие технологии, 3, 82-83 (2009).
2. Пат. РФ 2471551 (2013).
3. Пат. РФ 2597400 (2016).
4. Пат. РФ 2259874 (2005).
5. Н.В. Грачева, В.Ф. Желтобрюхов, Способ получения меланина из лузги подсолнечника и исследование его антиоксидантной активности. Вестник технологического университета, 19, 15, 154-157 (2016).
6. Пат. РФ 2578037 (2016).
7. Н.В. Громыко, Э.Т. Ямансарова, М.И. Абдуллин, Применение отходов переработки подсолнечника и гречихи для очистки сточных вод от загрязнений нефтепродуктами. Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения, 1, 3, 41-42 (2016).
© К. А. Жашуева - магистр кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» ВолГТУ, [email protected]; Н. О. Сиволобова - канд. биол. наук, доцент кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» ВолГТУ, [email protected]; Н. В. Грачева - канд. техн. наук, зав. лабораторией кафедрой «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» ВолГТУ, [email protected]; А. В. Сикорская - магистр кафедры «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» ВолГТУ, [email protected].
© C. A. Zhashueva - master of «Industrial ecology and life safety», VSTU, [email protected]; N. O. Sivolobova -Candidate of Biological Sciences, Associate Professor at the Department of «Industrial ecology and life safety», VSTU, [email protected]; N. V. Gracheva - Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory of «Industrial ecology and life safety», VSTU, [email protected]; A. V. Sikorskaya - master of «Industrial ecology and life safety», VSTU, [email protected].
