CC BY
5
СТАТЬИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
DOI - 10.32743/UniTech.2024.125.8.18124
ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЕНТОВ ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ БЕНТОНИТА И ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ
Аллаёров Норбек Баходир угли
ассистент кафедры «Химическая технология» Навоийского государственного горно-технологического университета,
Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: [email protected]
Вапоев Хуснитдин Мирзоевич
доц. кафедры «Химическая технология» Навоийского государственного горно-технологического университета,
Республика Узбекистан, г. Навои
Алиев Тогаймурот Баратович
доц. кафедры «Химическая технология» Навоийского государственного горно-технологического университета,
Республика Узбекистан, г. Навои
THE PREPARATION AND RESEARCH OF SORBENTS BASED ON BENTONITE AND METAL OXIDES
Norbek Allayorov
Assistant
of the Department of Chemical Technology the Navoi State Mining and Technology University, Republic of Uzbekistan, Navoi
Khusnitdin Vapoyev
Doctor of philosophy of the Department of Chemical Technology the Navoi State Mining and Technology University, Republic of Uzbekistan, Navoi
Togaymurot Aliev
Doctor of philosophy of the Department of Chemical Technology, the Navoi State Mining and Technology University, Republic of Uzbekistan, Navoi
АННОТАЦИЯ
Статья посвящена проблеме загрязнения пресных водоемов в результате активного использования воды в бытовых и промышленных целях, что ведет к необходимости разработки эффективных методов очистки сточных вод. В работе рассматривается сорбционный метод очистки воды как один из наиболее результативных способов удаления загрязняющих веществ. Особое внимание уделено использованию природных глин, таких как монтмориллонит и бентонит, благодаря их высокой сорбционной и ионообменной активности. Исследование химического состава и структуры бентонитовых сорбентов из месторождения «Навбахор» показало, что их модификация с помощью солей металлов и кислот позволяет существенно повысить эффективность очистки сточных вод. Проведенный анализ с помощью ИК-спектроскопии подтвердил получение новых сорбентов с улучшенными характеристиками, что делает их перспективными для использования в водоочистных процессах.
Библиографическое описание: Аллаёров Н.Б., Вапоев Х.М., Алиев Т.Б. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЕНТОВ ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ БЕНТОНИТА И ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 8(125). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18124
AUNIVERSUM:
№ 8 (125)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_август. 2024 г.
ABSTRACT
The article discusses the issue of freshwater pollution caused by the extensive use of water for domestic and industrial purposes. This has led to the need for developing effective wastewater treatment methods. The paper focuses on the sorption method as one of the most efficient ways to remove pollutants from water. Special attention is given to the use of natural clays such as montmorillonite and bentonite due to their high sorption and ion exchange abilities. The study of bentonite sorbent samples from the Navbakhor deposit revealed that their modification with metal salts and acids could significantly enhance the efficiency of wastewater purification. Analysis using infrared spectroscopy confirmed the creation of new sorbents with improved properties, making them promising for water treatment applications.
Ключевые слова: сточных воды, коагуляция, флокуляция, Навбахорский бентонит, очистка, оксиды металлов, алюминий, медь.
Keywords: wastewater, coagulation, flocculation, Navbahor bentonite, purification, metal oxides, aluminum, copper.
Введение. Во все времена поселения людей и размещение промышленных объектов реализовались в непосредственной близости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. В процессе использования воды человеком она изменяла свои природные свойства и в ряде случаев становилась опасной в санитарном отношении. В настоящее время значение пресной воды как природного сырья постоянно возрастает. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такую воду принято называть сточной водой [1].
Бурное развитие промышленности вызывает необходимость в предотвращении отрицательного воздействия производственных сточных вод на водоемы. Многие современные технологические процессы связаны со сбросом сточных вод в водные объекты. В связи с чрезвычайным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вод промышленных предприятий необходимо применение специфических методов, а также сооружений по их локальной, предварительной и полной очистке.
Одним из эффективных методов очистки воды считается сорбционный. Обычная последовательность процессов физико-химической очистки воды следующая: аэрация - коагуляция - отстаивание (флотация) - фильтрование - сорбция. Сорбционная обработка является «финишной» операцией после очистки воды от грубодисперсных, коллоидных частиц и растворенных примесей [2], [3]. Применение некоторых глин для очистки воды возможно благодаря их высокой сорбционной и ионообменной активности. Существует комплекс признаков, по которым можно классифицировать адсорбенты:
Химический состав бентонита
структурное состояние, размеры пор, характер их распределения по размерам, форма частиц глинистых минералов и пор [4], [5]. Монтмориллонит относится к сорбентам с изменяющимся в процессе адсорбции размерами микропор и с расширяющейся элементарной ячейкой; параметр с кристаллической ячейки минерала может увеличиваться на 3-10 А [6]. В межпакетное пространство монтмориллонита внедряется один или несколько молекулярных слоев адсорбируемого вещества
Кроме первичной микропористости, обусловленной кристаллическим строением, сорбент имеет вторичные, переходные поры, образованные зазорами между контактирующими частицами. Переходную пористость в монтмориллоните можно существенно увеличить путем обработки горячими минеральными кислотами, в процессе которой частично растворяются оксиды алюминия, железа и магния и образуется аморфный кремнезем. Основными обменными катионами являются Са2+; Mg2+; Н+; К+; ЫН+ и №+.
Переработка сточных вод горно-обогатительных комбинатов (ГОК) - проблема, актуальная во всем мире.
Методическая часть и материалы
Состав бентонита рудника «Навбахор» состоит преимущественно из карбонатно-палыгорскита, а общий химический состав состоит из следующих глин: Mg2AЪ[Si8O2oKOHЪ•8H2O•CaШз [7].
Монтмориллонит (Са,№)(М^А1,РеМ^, Al)4Olo] (ОИ)2 пН20 и бентонит также содержит каолинит Al4[Si4Olo](OH)8, полиморфную модификацию, полевой шпат K[AlSiзO8]-Na[AlSiзO8]-Ca[Al2Si2O8], кварц SiO2, бейделлит (№, Са) А1 А1)), кальцит. СаСОз.
Таблица 1.
месторождение «Навбахор»
Минерал SiO 2 M2O3 Fe2O3 MgO Na2O K2O CaO
Количества,% 58,25 14,27 4,37 3,62 2,25 1,20 2,07
Монтмориллонит (Са,№)(М&А1^еМ^, А1)40ю] кварц SiO2, бейделлит (№, Са) А1 А1)), кальцит.
(ОИ)2 пН20 и бентонит также содержит каолинит СаСО3.
А14^4О10](ОН)8, полиморфную модификацию, полевой шпат K[A1SiзO8]-Na[AlSiзO8]-Ca[Al2Si2O8],
Этапы приготовления бентонитовых сорбентов
100 г бентонита «Навбахор» отмеряют на весах, помещают в стеклянный стакан емкостью 1000 мл и смешивают с дистиллированной водой до образования более темной смеси. Смесь должна быть однородной, без комочков и остатков. После перемешивания оставляем при комнатной температуре на полчаса-три часа. Цвет бентонитовой суспензии «Навбахор» светло-желтый. Затем берется соль МеС1 в пропорциях 10 г (10%), 20 г (20%), 30 г (30%) в пропорции к бентониту «Навбахор». Насыпьте молотую соль в стакан, наполненный 100 мл дистиллированной воды, и размешайте до ее полного растворения. В результате получается более темный и менее прозрачный раствор МеС1. После того как соль полностью растворится, ее оставляют при комнатной температуре на полчаса. Приготовленную суспензию бентонита «Навбахор» и различные растворы МеС1 осторожно перемешивают и помещают в стакан. Перемешивать магнитной мешалкой при комнатной температуре в течение 1 часа до полного смешивания. Этот раствор оставляют при комнатной температуре на 24 часа, периодически помешивая. Через 24 часа добавьте 10 мл раствора аммиака 1:10 для удаления ионов хлора из раствора и еще раз перемешайте. Цвет раствора слегка меняет цвет после воздействия аммиака. Таким способом перемешивают еще 24 часа и оставляют при комнатной температуре. Измеряются значения рН раствора. Если значение рН перешло из кислой среды в щелочную, раствор аммиака
не добавляют. Промойте дистиллированной водой для удаления электролитов. После этого высушиваем раствор сначала при комнатной температуре (24°С), затем при 80°С и, наконец, при температурах 300 и 550°С, отбираем пробы бентонит-гидроксида, из структуры удаляют конституционную воду монтмориллонит. В этом случае оксиды металлов действуют как катализаторы, разрушающие структуру кристаллической решетки минерала бентонита, тем самым создавая соответствующие поры, обеспечивающие сорбционную активность образцов. Возможно, сами оксиды обладают определенной пористостью.
При получении модифицированного бентонитового композита протекают следующие реакции:
Бент. + МеС1п(п=2,3) ^ Бент.МеС1п Бент.МеС1п +ПШ4ОН ^ Бент.Ме(ОН)п + пЫН4С1
Веп1Ме(ОН)п нагретый (500-800°С)^ Бент.МехОу +Н2О
Полученные результаты и их обсуждение
При исследовании бентонита с помощью ИК-спектроскопии можно получить информацию о его химическом составе и структур. Бентонит — это глинистый минерал, в основном состоящий из смектита, который обладает способностью к значительному расширению при контакте с водой. ИК-спектры бентонита обычно включают следующие ключевые характеристики:
Имя Описание - ЫБ_1 Образец 034 полученный PEService Дата четверг, февраля 29 2024
Рисунок 1. ИК-спектр исходного Навбахорского бентонита
В ИК-спектре бентонита часто наблюдаются пики в области 3400-3600 см-1, которые соответствуют поглощению связей О-Н (гидроксильные группы). Эти пики указывают на наличие гидроксиль-ных групп в структуре бентонита, что связано с его глинистым происхождением. Пики в области 1620-1650 см1 могут быть связаны с деформационными колебаниями О-Н группы. Эти пики также указывают на присутствие воды или гидроксильных
групп. В области 1000-1100 см-1 часто наблюдаются пики, соответствующие натяжным колебаниям связей 81-О, что связано с кремнеземными структурными единицами в составе бентонита. Пики в области 500-700 см-1 могут отражать деформационные колебания связей А1-О, что свидетельствует о наличии алюмосиликатных структур в минерале. Пики на 800-950 см-1: Эти пики часто связаны с вибрациями связей в кремнеземной решетке.
И)128т' 1000
И_1 Образец 034 полученный PEService Дата четверг, февраля 29 2024
Рисунок 2. ИК-спектр исходного Навбахорского бентонита (500°С)
1)'4жт-'
•¡000 500 4)0
- МБ2_1 Образец 034 полученный РЕЗемсе Дата четверг, февраля 29 2024
Рисунок 3. ИК-спектр исходного Навбахорского бентонита (800°С)
При нагревании бентонита при высокой температуре, при 550 и 800оС, в нем выделяется поглощенная и гигроскопичная вода, поэтому линии поглощения в ИК спектре валентных колебаний, принадлежащих группе О-Н, при 3625,83 см-1 и 1635,9 см-1 1 исчезают (1-3 рисунки).
В ИК-спектрах, полученных после добавления оксидов металлов в бентонит, сохраняются линии поглощения, принадлежащие группам Si-O и А1-0, появляется только линия поглощения, принадлежащая Си-О, в области 1236 см-1. (4-5 рисунок)
362' 33ст-'
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
428— 4000
3500
3000
2500
2000
1500
500 400
104
1Щ-
95
90-
85
80
75
70-
65
604000
3500
3000
2500
2000
1500
- МБ3_1 Образец 034 полученныйРЕЗегто Дата четверг, февраля 29 2024
Рисунок 4. ИК-спектр Навбахорского бентонита с металлом алюминия
№ 8 (125)
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2024 г.
- Ш_1 Образец034 полученный PEServiceДата четверг, февраля29 2024
Рисунок 5. ИК-спектр Навбахорского бентонита с оксидом меди
Таким образом, анализ результатов ИК-спектров полученных модифицированных бентонитов подтверждает, что получен новый сорбент.
Таблица 2.
Состав полученные сорбенты «Навбахор»
№ Элемент Количества, %
Бентонит+Al3+ Бентонит+Cu^
1 C 9.74±0.03 7.57±0.03
2 O 46.95±0.05 41.18±0.04
3 Na 0.36±0.01 0.17±0.01
4 Mg 1.37±0.01 1.17±0.01
5 Al 8.90±0.02 7.56±0.02
6 Si 24.83±0.03 25.10±0.03
Cl - 1.04±0.01
7 K 1.49±0.01 1.53±0.01
8 Ca 0.54±0.01 0.41±0.01
9 Ti 0.47±0.01 0.46±0.01
Cr - 0.07±0.01
10 Fe 5.35±0.02 5.24±0.02
Cu - 8.48±0.03
Кроме того, полученные сорбенты были проана- в таблице. Их анализ показал, что сорбенты действи-
лизированы методом СЭМ, результаты представлены тельно содержали оксиды металлов.
01 23456789 10
Energy [keV]
Рисунок 6. Снимок Навбахорского бентонита с оксидом алюминия
Рисунок 7. Снимок Навбахорского бентонита с оксидом меди
Заключение
На основе бентонита «Навбахор» синтезированы модифицированные сорбенты с оксидами новых металлов. Их состав изучали с помощью СЭМ и
ИК-спектров. Результаты данного анализа показали, что получены сорбенты нового состава и определено, что они дадут хорошие результаты при использовании в очистке сточных вод.
Список литературы:
1. Запольский А.К. Очистка воды коагулированием. - Каменец-Подольский, «Медоборы-2006», 2011, 296 с.
2. Комаров В.С., Ратько А.И. Адсорбенты: получение, структура, свойства - Минск, «Беларусская навука», 2009, 256 с.
3. Карманов А.П., Полина И.Н. Технология очистки сточных вод Сыктывкар: СЛИ, 2015 г.
4. Сабиров Б.Т., Намазов Ш.С., Пулатов Х.Л. Комплексное исследование бентонитовых глин перспективных месторождений Узбекистана// Universum: технические науки: электрон. научн. журн. - 2020. - № 8 (77) / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10621 (дата обращения: 23.04.2023).
5. Мухторова Н.Б., Алиев Б.А., Сабиров Б.Т. Исследование химико-минералогического состава Шафирканской бентонитовой глины для получения новых сорбентов // International Scientific Journal «Science and Innovation». -2022. - Series A. - Vol. 1, Iss. 3. - P. 168-175.
6. Allayorov N.B., Vapoev X.M., Aliyev T.B. Study of the possibility of using new types of reagents to increase the efficiency of closed water circulation cycles //EPRA International Journal of Multidisciplinary Research (IJMR). -2022. - Т. 8. - №. 9. - С. 282-286.
7. Мирзаев А.У., Чиникулов Х. Новое месторождение бентонитовых глин Навбахор. Геология и минеральные ресурсы, Т.:, 1999, № 5. - С.27-31.
