Гальваническое производство является одним из опасных источников загрязнения окружающей среды. Сточные и промывные воды гальванического производства промпредприятий содержат, как правило, в своем составе ионы тяжелых металлов – железо, хром, свинец, медь, цинк, никель, кадмий и др. Соединения металлов вредно влияют на экосистему водоем-почва-растение-животный мир-человек. Некоторые неорганические соединения способны погубить микроорганизмы очистных сооружений, а также замедлить процессы биологической очистки сточных вод.
Существуют различные способы очистки воды от соединений тяжелых металлов. Наиболее перспективной является сорбционная технология очистки сточных вод. В качестве сорбентов для катионов металлов из водных растворов используют различные искусственные и природные пористые материалы, имеющие развитую или специфическую поверхность. Поэтому актуальной задачей является использование природных сорбентов, обладающих высокой сорбционной емкостью. Целью настоящей работы является изучение сорбционной активности каолинита по отношению к ионам меди и цинка.
Процесс ионного обмена на пористых сорбентах является сложным и многостадийным процессом. На сорбционную способность каолинита влияет природа их обменного комплекса. В результате замены одних ионов на другие можно изменять свойства поверхности каолинита.
Природный каолинит представляет собой равномерное распределение высокодисперсных кристаллических силикатных частиц. Кристаллическая решетка состоит из двухслойных пакетов, в которых на одну сетку октаэдров приходится одна сетка кремнекислородных тетраэдров. Расстояние между тетраэдрическими и октаэдрическими слоями постоянно и равно 0,28 нм. Расстояние между пакетами составляет 0,72 нм. Кристаллики каолинита имеют вид хорошо выраженных шестиугольников размером до 0,3 – 0,4 мкм и толщиной 0,05 – 2,00 мкм, что соответствует удельной поверхности 1–22 мг2/г.
Сорбцию катионов меди и цинка изучали в статических условиях из нитратных растворов с концентрациями 0,01; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 и 0,1 моль/л. Значение рН растворов в контакте с сорбентом во всех случаях не превышало 6,7.
О сорбционных свойствах каолинита можно судить по изотермам, характеризующим зависимость сорбционной способности его от концентрации в растворе ионов меди и цинка. Количественная адсорбция (Г) определяется избытком ионов на границе фаз по сравнению с равновесным количеством данных ионов в растворе. Экспериментально величину адсорбции ионов меди и цинка вычисляли по уравнению:
,
где Cисх – исходная концентрация ионов меди и цинка в растворе, ммоль/л; Сравн – равновесная концентрация ионов меди и цинка, ммоль/л; Vр-ра – объем раствора, л; mсорбента – масса сорбента, г.
Изотермы, полученные при сорбции ионов меди и цинка на природном каолините, по внешнему виду похожи и напоминают изотерму смешанной структурой [1]. С увеличением концентрации исходного раствора степень извлечения ионов Cu2+ и Zn2+ из растворов уменьшается. Степень очистки растворов определяли по формуле
,
где Cисх – исходная концентрация ионов меди и цинка в растворе, мг/л; Сравн – равновесная концентрация ионов меди и цинка в растворах после процесса сорбции, мг/л.
При образовании исходных растворов нитратов меди и цинка возможно протекание гидратообразования с выделением плохо растворимых гидроксидов Cu(OH)2 и Zn(OH)2, а также гидролиз катионов марганца и никеля. Оба эффекта способны оказывать влияние на результаты сорбции. В 1М растворах начальная величина водородного показателя среды при начале гидратообразования pHгидр для Zn2+ равна 5,4 [2], в случае 0,01М растворов Zn2+ равна 6,4 [2], а при полном осаждении, где автор принимает концентрацию 10–5 М, pHгидр составляет 8,0, начала растворения осадка (осаждение перестает быть полным) 10,5 и полного растворения выпавшего осадка 12–13 [2].
В связи со снижением в процессе сорбции концентраций Cu2+ и Zn2+, гидролизующихся по уравнению
,
,
происходит непрерывное изменение водородного показателя среды. Величина рН может быть рассчитана из зависимости (
)
,
где lgKB и С – соответственно константа диссоциации слабого основания, образующего соль по второй ступени, равная для <<ekolo9.wmf>> (3,4⋅10–7) Zn(OH)2 (1,5⋅10–9) [2]. Результаты расчетов показали, что по мере снижения содержания ионов Cu2+ и Zn2+ рН раствора существенно возрастает. Эти данные подтверждают и экспериментальные измерения рН растворов после сорбции ионов.
Глубина сорбционного извлечения марганца и никеля из сточных вод определяется большим количеством факторов, которые легко регулируются при технологической реализации процесса. К этим факторам можно отнести удельную массу сорбента, предварительную его подготовку (перевод в солевую форму), рН растворов, линейную скорость потока. Особое значение имеет высота слоя сорбента и его фракционный состав.
В заключении следует отметить, что исследуемый сорбент природный каолинит по величине обменной емкости близок к некоторым синтетическим органическим катионитам. Это позволяет использовать данный сорбент для очистки сточных вод от тяжелых элементов.
Библиографическая ссылка
Пимнева Л.А., Малышкина Е.С. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ И ЦИНКА ИЗ ПРОМЫВНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – № 3-1. – С. 81-83;URL: https://expeducation.ru/ru/article/view?id=6704 (дата обращения: 19.04.2024).