Вилучення Cu(ІІ) композиційним цеоліт-гуміновим сорбентом у присутності сторонніх електролітів

Abstract

У теплоенергетиці однією з гострих проблем є необхідність видалення іонів важких металів з оборотної води системи охолодження, яка забруднюється ними внаслідок корозії теплообмінного обладнання. Наявність інших електролітів, особливо солей твердості, істотно впливає на ступінь видалення іонів важких металів у процесах, де основним механізмом є іонний обмін. За значного перевищення солей кальцію практично неможливо досягти помітного зменшення вмісту іонів міді за допомогою катіонообмінних смол. Одним з альтернативних методів вирішення цієї проблеми є синтез композиційного сорбенту на основі існуючих пористих природних носіїв, обробляючи їх модифікатором для отримання поверхні, що має високу спорідненість до забруднювальних речовин. Цеоліт — природний алюмосилікатний мінерал, який має іонообмінні властивості і широко використовується як сорбент для важких металів. Природний цеоліт має порівняно низьку сорбційну здатність до іонів важких металів, однак її можна поліпшити шляхом просочення розчином гумінових кислот з подальшим їх осадженням. Самі гумінові кислоти можуть зв’язувати іони металів у комплекси, але їх застосування в чистому вигляді недоцільно, оскільки вони знаходяться переважно в колоїдній формі.

Досліджено сорбційні властивості композиційного сорбенту на основі цеоліту і гумінових кислот щодо Cu(ІІ) у разі вилучення з монокомпонентних модельних розчинів та в присутності Na+, Ca2+, Fe3+ як сторонніх катіонів. Присутність солей натрію мало впливала на величину залишкової концентрації міді. За присутності солей кальцію і заліза сорбція міді помітно погіршувалася. Використання композиційного сорбенту дозволяло досягнути нижчих залишкових концентрацій міді, порівняно з не модифікованим цеолітом. Розраховано величини коефіцієнта розподілу Cu(ІІ) між рідкою і твердою фазою у розчинах різного сольового складу. Для композитного сорбенту він у 1,5…2 рази вищий, ніж для необробленого цеоліту. Встановлено лінійність залежності між величиною коефіцієнта розподілу і концентрацією стороннього електроліту у логарифмічних координатах.

In thermal power engineering, the issue of removal of heavy metal ions from circulating water, which was formed as a result of corrosion of equipment made of non-ferrous metals, is very acute. The presence of other electrolytes, especially the hardness salts, significantly affects the degree of heavy metal ions removal in processes where the main mechanism is ion exchange. With a significant excess of calcium salts, it is practically impossible to achieve a noticeable reduction of copper ions content using cation exchange resins. One of the alternative methods for solving this problem is the synthesis of a composite sorbent on the basis of existing porous natural carriers, by treating it with a modifier in order to obtain a surface that has a high affinity for the pollutants. Zeolite is a natural alumosilicate mineral that has ion-exchange properties and is widely used as a sorbent for metals. Raw zeolite has relatively low sorption capacity to heavy metal ions though it can be improved via impregnation by hymic acids solution followed by their intraparticle precipitation. Humic acids themselves can bind metal ions in complexes but their application in pure form is not practical as they are in colloid form. Sorption properties of a composite sorbent based on zeolite and humic acids with respect to Cu(II) at sorption from monocomponent model solutions and in the presence of Na+, Ca2+, Fe3+ as extraneous cations were studied. The presence of sodium salts had little effect on the residual copper concentration. In the presence of calcium and iron salts, the sorption of copper was depressed considerably. The composite sorbent had higher specific sorption capacity and made it possible to achieve lower residual copper concentrations compared to unmodified zeolite. The values of the Cu (II) distribution coefficient between the liquid and solid phases in solutions of different salt composition were calculated. It was 1,5…2 times higher for composite sorbent than for non-treated zeolyte. The relationship between the value of the distribution coefficient and the concentration of the extraneous electrolyte in logarithmic coordinates is linear.

В теплоэнергетике одной из острых проблем является необходимость удаления ионов тяжелых металлов из оборотной воды системы охлаждения, которая загрязняется ними вследствие коррозии теплообменного оборудования. Присутствие других электролитов, особенно солей жесткости, значительно влияет на степень удаления ионов тяжелых металлов в процессах, где основным механизмом является ионный обмен. При значительном избытке солей кальция практически невозможно достичь заметного уменьшения содержания ионов меди с помощью катионообменных смол. Одним из альтернативных способов решения этой проблемы является синтез композиционного сорбента на основе существующих пористых природных носителей путем обработки их модификатором для получения поверхности, имеющей высокое сродство к загрязняющим веществам. Цеолит является природным алюмосиликатным минералом, который обладает ионообменными свойствами и широко используется в качестве сорбента для металлов. Природный цеолит имеет сравнительно низкую сорбционную способность к ионам тяжелых металлов, однако ее можно улучшить путем пропитки раствором гуминовых кислот с последующим их осаждением. Сами гуминовые кислоты могут связывать ионы металлов в комплексы, но их применение в чистом виде нецелесообразно, поскольку они находятся преимущественно в коллоидной форме.

Исследованы сорбционные свойства композиционного сорбента на основе цеолита и гуминовых кислот по отношению к Cu(II) при сорбции из монокомпонентных модельных растворов и в присутствии Na+, Ca2+, Fe3+ как посторонних катионов. Присутствие солей натрия мало влияло на величину остаточной концентрации меди. В присутствии солей кальция и железа сорбция меди заметно ухудшалась. Использование композиционного сорбента позволяло достичь более низких остаточных концентраций меди по сравнению с немодифицированным цеолитом. Рассчитаны величины коэффициента распределения Cu(II) между жидкой и твердой фазой в растворах различного солевого состава (в 1,5…2 раза выше для композиционного сорбента, чем для неочищенного цеолита). Связь между величиной коэффициента распределения и концентрацией постороннего электролита в логарифмических координатах линейна. Установлена линейная зависимость между величиной коэффициента распределения и концентрацией постороннего электролита в логарифмических координатах.