Аннотация
Ланець Г.І., Трошина О.А. Дослідження адсорбційних властивостей глин родовищ Донбасу Розглянута можливість використання у якості сорбентів для очищення стічних вод глин деяких родовищ Донбасу. Досліджені адсорбційні властивості глин за допомогою визначення йодного числа та сорбційної ємності за барвниками.
Общая постановка проблемы
Адсорбційне очищення стічних вод широко використовується на підприємствах різних галузей промисловості. Це один із ефективних способів глибокого очищення природних і стічних вод від речовин органічного походження, важких металів, нафтопродуктів. Сорбція є ефективною для знебарвлення та усунення запахів і присмаків із природних вод. Абсорбцію можна застосовувати для очищення стічних вод від фенолів, гербіцидів, пестицидів, ароматичних нітросполук, поверхнево-активних речовин, барвників та інших розчинених речовин, що містяться у стічних водах [1]. Перевагою методу є висока ефективність, можливість очищення стічних вод, що містять декілька забруднюючих речовин, а також рекуперація цих речовин. Ефективність сорбційного очищення складає 80–95 % і залежить від хімічної природи сорбенту, величини адсорбційної поверхні та її доступності, від хімічної природи забруднювача та його стану у розчині.
Для очищення води все більшого застосування знаходять невуглецеві сорбенти природного і штучного походження. Використання таких сорбентів обумовлено досить високою ємністю, вибірковістю і катіонообмінними властивостями деяких з них, порівняльно низькою вартістю та доступністю (іноді як місцевого матеріалу.
Глинисті породи – найбільш розповсюджені неорганічні сорбенти для очищення води. Вони мають розвинену структуру з мікропорами, які мають різні розміри в залежності від виду матеріалу. Механізм сорбції забруднень з води на глинистих мінералах досить складний і включає вандерваальсову взаємодію вуглеводневих ланцюжків з розвиненою поверхнею мікрокристалів силікатів і кулонівську взаємодію заряджених і поляризованих молекул сорбата з позитивно зарядженими ділянками поверхні сорбенту, що містять іони Н+ і Аl3+.
Виділяють наступні причини високої поглинаючої здатності глинистих матеріалів:
- порушення зв'язків на краях алюмокремнієвих груп, що викликають збільшення числа незкомпенсованих зарядів, які врівноважуються адсорбованими катіонами;
- заміщення всередині структури чотирьохвалентного кремнію в тетраедричних шарах алюмінієм і тривалентного алюмінію в октаедричних шарах катіонами нижчої валентності, зазвичай магнієм, що викликає появу нескомпенсованих зарядів у структурному осередку деяких глинистих мінералів;
- заміщення водню зовнішнього гідроксилу на катіони.
Обмінні властивості глинистих мінералів не можуть бути обумовлені тільки однієї з розглянутих причин, вони є наслідком всіх трьох.
Додавання глинистих мінералів-адсорбентів в процесі очищення стічних та забруднених природних вод на стадії відстоювання не тільки дозволить позбавитись небезпечних антропогенних забруднюючих домішок шляхом адсорбції без хімічних реактивів, а й покращити структуру та мінералізацію води.
Перевагами застосування цих адсорбційних матеріалів є наступні:
- природні сорбенти широко розповсюджені в Україні;
- природні сорбенти є доступним, недорогим матеріалом;
- адсорбційні технології з використання природних дисперсних сорбентів забезпечують високий ступінь очищення.
Раніш було досліджено сорбційні властивості глауконіту, родовище якого знаходиться у Донецькій області [2]. Було б доцільно розширити перелік глинистих матеріалів Донбасу, які можливо використовувати у якості сорбенту.
Метою роботи було дослідження сорбційних властивостей деяких глин Донбасу. Для цього було обрано шість зразків глин різних родовищ: суглинок (родовище Біла Балка), два зразка глини, які відрізняються вмістом алюмінію, з Часов’ярського родовища, глина Луганського родовища та два зразка глин з Константинівського родовища,які відрізняються вмістом титану та заліза. Хімічний склад глин, які було досліджено, наведено у таблиці 1.
Таблиця 1 – Хімічний склад глин
Як відомо, сорбційна активність може бути оцінена на основі йодного числа та сорбційної ємності за барвниками [3].
Першим етапом дослідження було визначення йодного числа. Для цього наважки глин масою 1,00 г після висушування в сушильній шафі при температурі 110-115 ?С до постійної маси, поміщали в конічні колби ємністю 250 см3, додавали туди по 100 см3 0,1 Н розчину йоду в йодиді калію, закривали корками та збовтували на апараті для струшування рідини протягом 15 хв. Потім визначили початкову та залишкову концентрацію йоду у вихідному розчині та розчині після адсорбції титрометричним методом. Обробку результатів проводили за формулою, %:
де V1 – об’єм розчину тіосульфату натрію, який пішов на титрування розчину йоду в йодиді калію, см3;
V2 – об’єм розчину тіосульфату натрію, який пішов на титрування розчину йоду в йодиді калію, після обробки його глиною, см3;
0,0127 – маса йоду, яка відповідає 1 см3 розчину тіосульфату натрію, г;
100 – об’єм розчину йоду в йодиді калію, який брали на прояснення глиною, см3;
m – маса наважки глини, г, m = 1,00 г.
Другим етапом дослідження є визначення адсорбційної активності за барвником. Для цього наважку глини масою 0,3000 г поміщали у конічну колбу місткістю 100 см3, додавали 25 см3 розчину барвника, закривали кришкою і збовтували протягом 20 хв. Після цього визначали оптичну щільність на фотоелектроколориметрі з довжиною хвилі 400 нм в кюветах, з відстанню між робочими гранями 10 мм.
В якості контрольного розчину використовували дистильовану воду. За отриманими оптичними щільностями, на підставі градуювального графіка, визначали залишкову концентрацію барвника. Адсорбційну активність розраховували за формулою:
де С1 - концентрація вихідного розчину барвника, мг/дм3;
С2 - концентрація розчину барвника після контакту з глиною, мг/дм3;
К - коефіцієнт розведення;
m - маса наважки активної глини, г;
0,025 - об'єм розчину барвника, який бере участь у дослідженні, дм3
У результаті експерименту були отримані такі дані, що наведені у таблиці 1.
Таблиця 1 – Результати розрахунку
Висновки
Як свідчать результати досліджень, усі зразки глин мають сорбційні властивості. Величина сорбційної ємності глин складає 50-60 % від аналогічної величини для активних вугіль [3].
Йодне число відрізняється у великих межах, що обумовлено різним механізмом сорбції на глинах та вугіллі.
Перелік посилань
1. Смирнов, А.Д. Сорбционная очистка воды / А.Д. Смирнов. – Л.: Химия, 1982. – 168 с.
2. Літвин Т.С.Качур І.В., Трошина О.А., Сорбційна активність глауконіту Амвросіївського родовища // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів: Збірка доповідей ХХIII Міжнародної наук. конф. аспірантів та студентів. – Т.1.- Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2013. – С.80-81.
3. ГОСТ 6217 – 74. Уголь активный древесный дробленый. – М.: Государственный комитет стандартов, 1974. – 6 с.