Моделирование процесса адсорбции в системе жидкость - твердое тело: регрессионный анализ извлечения меди из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером

Асламова В.С. , Шалунц Л.В. , Обуздина М.В. , Грабельных В.А.

2019 / Том 9: номер 2 [ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ]

В статье представлен химизм формирования эффективного сорбента для ионов тяжелых металлов путем модификации природного цеолита (клиноптилолитовый тип, Холинское месторождение). Модификация осуществлена путем нанесения сетки из серосодержащего полимера на поверхность цеолита. Для образования полимерной сетки элементную серу растворяли в системе гидразингидрат - моноэтаноламин для генерации полисульфид-анионов (в частности, анионов S₂^2-). При контакте полученного раствора серы с цеолитом полисульфид-анионы с участием моноэтаноламина, который входит в поры цеолита, концентрируются на поверхности. Дальнейшая поликонденсация анионов S₂^2- с 1,2,3-трихлорпропаном (отход производства эпихлоргидрина) приводит к образованию сетчатого серосодержащего полимера, покрывающего поверхность цеолита. Получение такого сорбента позволяет сразу решить проблемы утилизации хлорорганических отходов и очистки технологических сред, содержащих тяжелые металлы. Извлечение металлов полученным сорбентом исследовано на модельных растворах с концентрацией металла 5000 мг/л, при этом получены обнадеживающие результаты по пяти металлам. В статье представлены детальные результаты извлечения ионов меди из водных растворов. Экспериментально получены данные по влиянию величины рН на эффективность сорбции ионов меди, а также термодинамические и кинетические характеристики адсорбции в статических и динамических условиях. Методом ИК-спектроскопии подтвержден комплексно-координационный механизм сорбции ионов Cu(II) модифицированным цеолитом. Поскольку при сорбции по комплексно-координационному механизму термодинамические и кинетические зависимости часто отклоняются от классических закономерностей, для обработки экспериментальных данных использован метод регрессионного анализа. С помощью этого метода получены нелинейные модели, которые достаточно точно описывают экспериментальные данные по извлечению ионов меди модифицированным цеолитом. Полученные регрессионные модели процесса могут быть использованы при дальнейшем исследовании нового сорбента и при проектировании установок извлечения соединений меди из технологических сред.

Ключевые слова:

адсорбция,модифицированный цеолит,серный полимер,металлсодержащие технологические среды,медь,adsorption,modified zeolite,sulphur polymer,metal-containing process media,copper

Библиографический список:

1. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1984. 592 с.
2. Колотов Ю.А., Золотарев П.П., Елькин Г.Э. Теоретические основы ионного обмена. Сложные ионообменные системы. Л.: Химия, 1986. 280 с.
3. Inamuddin Dr., Mohammad Luqman. Ion Exchange Technology I. Theory and Materials. Springer Science & Business Media Springer. - Dordrecht. Heidelberg. New York. London, 2012. 550 p. DOI: 10.1007 / 978-94-007-4026-6
4. Dabrowski A., Hubicki Z., Podkoscielny P., Robens E. Selective removal of the heavy metal ions from waters and wastewaters by ion-exchange method // Chemosphere. 2004. Vol. 56. Issue 2. P. 91-106. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.03.006
5. Yamazaki H., Inoue Y., Kikuchi N., Kurihara H. Ion-exchange properties and thermal stability of hydrous titanium (IV) - zirconium (IV) oxide ion exchanger // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1991. Vol. 64. No. 2. P. 566-575.
6. Обуздина М.В., Руш Е.А., Корчевин Н.А., Шалунц Л.В. Перспективные направления решения экологических проблем на объектах железнодорожного транспорта // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 7. С. 149-155.
7. Челищев Н.Ф., Беренштейн Б.Г., Володин В.Ф. Цеолиты - новый тип минерального сырья. М.: Недра, 1987. 82 с.
8. Домрачева В.А., Вещева Е.Н. Модифицирование углеродных сорбентов для повышения эффективности извлечения тяжелых металлов из сточных вод и техногенных образований // Вестник ИрГТУ. 2010. N 4 (44). С. 134-138.
9. Пат. № 2524111, Российская Федерация. Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов методом адсорбции. Фильтрующий материал (сорбент) и способ получения сорбента / А.В. Макаров, А.К. Халиуллин, Е.А. Руш, М.В. Обуздина, О.Н. Игнатова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2012100223; заявл. 10.01.2012, опубл. 27.07.2014, Бюл. № 21.
10. Макаров А.В., Синеговская Л.М., Корчевин Н.А. Физико-химические исследования процесса адсорбции ионов тяжелых металлов на модифицированных алюмосиликатах // Вестник ИрГТУ. 2013. N 2 (73). С. 147-154.
11. Муринов Ю.И., Майстренко В.Н., Афзалетдинова Н.Г. Экстракция металлов S, N-органическими соединениями. М.: Наука, 1993. 192 с.
12. Пат. № 2324536, Российская Федерация. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от тяжелых металлов / Т.А. Запорожских, Я.К. Третьякова, И.В. Корабель, Н.В. Руссавская, Я.Н. Силинская, Н.А. Корчевин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2006120112; заявл. 18.07.2006, опубл. 20.05.2008, Бюл. № 14.
13. Пат. № 2475299, Российская Федерация. Способ получения серосодержащих сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов / А.В. Рединова, О.Н. Игнатова, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, Н.В. Руссавская, С.В. Терек, Н.А. Корчевин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2019153438; заявл. 27.12.2010, опубл. 20.02.2013, Бюл. № 5.
14. Дерягина Э.Н., Леванова Е.П., Грабельных В.А., Сухомазова Э.Н., Руссавская Н.В., Корчевин Н.А. Тиилирование полиэлектрофилов серой в системе гидразингидрат - амин // Журнал общей химии. 2005. Т. 75. Вып. 2. С. 220-225.
15. Пат. № 2624319. Российская Федерация. заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2016112068; заявл. 30.03.2016; опуб. 03.07.2017, Бюл. № 19.
16. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир, 1971. 502 с.
17. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений / пер. с англ. Н.М. Сергеева, Б.Н. Тарасевича. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014. 557 с.
18. Wan Ngah W.S., Endud C.S., Mayanar R. Removal of copper(II) ions from aqueous solution onto chitosan and cross-linked chitosan beads // Reactive and Functional Polymers. 2002. Vol. 50. Issue 2. P. 181-190. https://doi.org/10.1016/S1381-5148(01)00113-4.
19. Дубинин М.М. Адсорбция и пористость: учеб. пособие. М.: Изд-во ВАХЗ, 1972, 128 с. / Dubinin M.M. Adsorbtsiya i poristost’ [Adsorption and porosity]. Moscow: VHS Publ., 1982, 172 p
20. Лейкин Ю.А. Физико-химические основы синтеза полимерных сорбентов: учеб. пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 413 с. / Leikin Yu.A. Fiziko-khimicheskie osnovy sinteza polimernykh sorbentov [Physical and chemical bases of synthesis of polymeric sorbents]. Moscow: BINOM. Laboratoriya znanii Publ., 2011, 413 p

Файлы:

• реферат (скачать | просмотреть) - скачано 22 раза
• статья (скачать | просмотреть)