Сорбция ионов fе (III) природными и обогащенными монтмориллонитсодержащими глинами белгородской области

Вид материала

Документы

Содержание Белгородский университет потребительской кооперации

Подобный материал:

• Сорбция ионов железа и марганца окисленными углеродными волокнами в статических и динамических, 27.56kb.
• Программа курса лекций, 68.05kb.
• Постановление правительства белгородской области от 24 декабря 2007 г. N 281-пп Белгород, 33.76kb.
• Настоящий отчет выполнялся авторским коллективом в составе: М. Я. Вильнер, 760.69kb.
• Департамент образования, культуры и молодежной политики белгородской области приказ, 122.81kb.
• Постановление правительства белгородской области от 9 июня 2006 г. N 135-пп Белгород, 2261.33kb.
• Департамент образования, культуры и молодежной политики белгородской области управление, 247.62kb.
• Ерации», законом Белгородской области от 24 сентября 2007 года №150 «Об особенностях, 381.13kb.
• Обобщени е практики рассмотрения споров в Арбитражном суде Белгородской области, 393.94kb.
• Конкурс проводится с целью стимулирования интереса школьников к изучению истории родного, 50.93kb.

Кормош Е.В.

к. т. н., ст. преподаватель

кафедры естественнонаучных

дисциплин,

Белгородского университета

потребительской кооперации


СОРБЦИЯ ИОНОВ Fе (III) ПРИРОДНЫМИ

И ОБОГАЩЕННЫМИ МОНТМОРИЛЛОНИТСОДЕРЖАЩИМИ ГЛИНАМИ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ


В работе исследована способность природных и обогащенных глин Белгородской области сорбировать ионы Fe³⁺. Проведенные исследования позволили экспериментально установить оптимальные кинетические параметры поглощения ионов Fe³⁺ нативной и обогащенными формами глин. Показано, что применение высокодисперсной формы сорбента позволяет не только интенсифицировать процесс очистки, но и дает возможность использовать его при очистке сильно загрязнённых сточных вод, где содержание ионов Fe³⁺ превышает концентрацию 0,1 ммоль/л.


Глобальной экологической проблемой Российской Федерации и Белгородской области как её составляющей является присутствие в воде тяжёлых металлов, условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, угнетающих иммунную систему человека [1].

Широкие горизонты в очистке воды открывают методы с использованием основного породообразующего минерала бентонитовых глин – монтмориллонита [2]. Помимо устранения основных видов загрязнения вод (неорганические и органические соединения), монтмориллонит нашёл применение при очистке радиоактивных вод, в виде кормовых добавок в сельскохозяйственном животноводстве и многих других областях [3].

В Белгородской области остро стоит вопрос об обезжелезивании воды. Концентрация железа в некоторых водных объектах Белгородской области превышает ПДК в 15-30 раз [4]. Железо содержится в водоёмах в основном в виде бикарбонатов и гидроксидов. Ионы Fe³⁺ присутствуют в сточных водах горно-обогатительных комбинатов, металлургических и других производств [1]. Железо поступает в питьевую воду также при коррозии трубопроводов. Ионы Fe³⁺ в концентрации более 0,05 мг/л придают воде желтоватую окраску, а в концентрации 1 мг/л - металлический привкус.

Соединения железа для людей и теплокровных животных малотоксичные. Но доказано, что железосодержащая вода вызывает раздражение кожи, сухость, зуд, напоминающие аллергические поражения. Большой вред железосодержащая вода приносит флоре и фауне водоёмов. При поступлении в водоём хлориды, сульфаты и нитраты железа остаются в растворе и оказывают токсическое действие на рыб и мелкие водные организмы. К примеру, хлорид железа (III) в концентрации 15 мг/л приводит к гибели всех видов рыб, а оксиды железа (III) уже в концентрации 2 мг/л приводят к гибели рыб. Железо оказывает губительное действие на микрофлору очистных сооружений.

Предельно допустимая концентрация железа (III) для водоёмов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового пользования составляет 0,3 мг/л.

Учитывая актуальность вышеизложенной проблемы, целью данной работы является определение сорбционных свойств монтмориллонитсодержащих глин Белгородской области по отношению к ионам Fe³⁺ и изучение кинетики сорбции ионов Fe³⁺. В данной работе использована глина месторождения Поляна Белгородской области: ГИШ-1 и ГИШ-2.

По результатам рентгенофазового анализа минералогический состав глины ГИШ-1 представлен кальциевой формой монтмориллонита, а глины ГИШ-2 кальциевой и натриевой формами монтмориллонита. В качестве сопутствующих минералов в обоих образцах присутствуют иллит, каолинит, клиноптилолит, кальцит, низкотемпературный кварц, гидрослюда, полевые шпаты.

С целью увеличения содержания сорбционно-активного минерала монтмориллонита в исследуемых глинах, было проведено обогащение имеющихся образцов методом отмучивания с полным выделением фракций. В результате этого процесса, глины ГИШ-1 и ГИШ-2 обогащаются такими минералами как монтмориллонит, иллит, каолинит, клиноптиллолит, кальцит, тогда как остаток обедняется этими же минералами, но в нем увеличивается содержание кварца и полевых шпатов.

Содержание монтмориллонита в обогащенных образцах возрастает в 1,4 раза и в 1,2 раза для глины ГИШ-1 и ГИШ-2 соответственно.

Для выявления влияния размера глинистых частиц на сорбционные свойства глин было проведено изучение сорбции ионов Fe³⁺. Для эксперимента был взят модельный раствор соли FeCl₃·6Н₂О с начальной концентрацией 0,1 ммоль/л ионов Fe³⁺. Сорбент брали в количестве 1 г на 50 мл раствора. В качестве сорбента были взяты фракции обогащенных глин ГИШ–1 и ГИШ–2 с размерами частиц гли­нистых минералов менее 50, 10, 5, 1 мкм. Концентрацию ионов Fe³⁺ определяли фотоколориметрическим методом на КФК-3-01.

Очистка модельного раствора соли железа обогащенными глинами представлена на рис.1.

У


Рис. 1. Кинетическая зависимость снижения концентрации ионов Fe³⁺ в модельном растворе (С_0(Fe³⁺₎ = 0,1 ммоль/л) обогащенными глинами в сравнении с природными: -природная глина; фракции глинистых частиц: - менее 50 мкм, - менее 10 мкм, - менее 5 мкм, - менее 1 мкм.


становлено, что с уменьшением размера частиц сокращается время очистки модельного раствора. Так, по сравнению с природной глиной ГИШ-1, образец с размером глинистых частиц менее 50 мкм позволяет достичь сорбционного равновесия через 60 минут сорбции на концентрации в 1,4 раза ниже чем у природной глины. Образец с размером глинистых частиц менее 10 мкм снижает концентрации ионов Fe³⁺ в 2 раза лучше природной глины при установлении сорбционного равновесия через 60 мин. Глины, с размером частиц менее 5 мкм и 1 мкм очищают модельный раствор полностью через 45 и 30 минут соответственно.

Образец глины, с размером частиц менее 50 мкм снижает концентрацию модельного раствора соли железа через 45 мин до концентрации в 1,3 раза ниже природной. Образец, с размером глинистых частиц менее 10 мкм снижает концентрацию ионов Fe³⁺ в 2,3 раза лучше обогащенной глины при установлении сорбционного равновесия уже через 15 мин. Глины, с размером частиц менее 5 мкм и 1 мкм очищают модельный раствор полностью через 45 и 15минут соответственно.

При изучении кинетики сорбции ионов Fe³⁺ отмечено, что максимальная скорость поглощения происходит в первые пять минут сорбции (табл. 1).

Таблица 1

Скорость сорбции ионов Fe³⁺ за 5 мин процесса

Сорбент	Средняя скорость Fe3+, vср·102, ммоль/л·мин
	ГИШ–1	ГИШ–2
Природная глина	1,07	1,22
Фракции частиц с размером:	1,45	1,56
менее 50 мкм
менее 10 мкм	1,58	1,76
менее 5 мкм	1,69	1,83
менее 1 мкм	1,80	1,94

Высокая скорость поглощения ионов на начальном этапе сорбции обусловлена возрастанием в процессе обогащения доли обменных катионов и увеличением удельной поверхности глин.

Кроме того, в процессе обогащения произошло увеличение отрицательного заряда поверхности по абсолютному значению (табл. 2). Известно, что чем больше величина отрицательного заряда поверхности, тем большее число противоионов она притягивает. Поскольку ион железа имеет большой заряд, то он притягивается в количествах иногда даже больших, чем требуется для нейтрализации заряда поверхности.

Таблица 2

Электрокинетический потенциал природных и обогащенных глин

Сорбент	ГИШ–1	ГИШ–2
	Электрокинетический потенциал ξ, mV
Природная глина	-30,1	-32,1
Фракции частиц с размером:	-32,3	-39,7
менее 50 мкм
менее 10 мкм	-33,1	-43,5
менее 5 мкм	-35,0	-45,5

Проведенные исследования позволили экспериментально установить оптимальные кинетические параметры поглощения ионов Fe³⁺ нативной и обогащенными формами глин. Показано, что обогащенные формы глин являются более эффективными сорбентами ионов Fe³⁺, по сравнению с природными. Применение высокодисперсной формы сорбента позволяет не только интенсифицировать процесс очистки, но и дает возможность использовать его при очистке сильно загрязнённых сточных вод, где содержание ионов Fe³⁺ превышает концентрацию 0,1 ммоль/л.


Список литературы

1. Голдовская, Л. Ф. Химия окружающей среды / Л. Ф. Голдовская. – 2-е изд. – М.: Мир; БИ­НОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 295 с.
   

2. Годымчук, А. Ю. Исследование процессов извлечения тяжелых металлов на природных минералах / А. Ю. Годымчук, А. А. Решетова // Вестник Отде­ления наук РАН. – 2003. – № 1 (21). – С. 1–3.

3. Волкова, В. П. Кормовая добавка для выведения из организма радиоак­тивных и тяжелых элементов / В. П. Волкова, И. И. Бойко, А. И. Везенцев // Материалы межд. конф. – Белгород, 1995. – С. 11–13.

4. Состояние окружающей среды и использование природных ресурсов Белгородской области в 2006 году : справочное пособие / П. М. Авраменко, Г. Л. Акиньшина, А. И. Анисимов и др.; под ред. С. В. Лукина. – Белгород: КОНСТАНТА, 2007. – 208 с.

АНКЕТА

участника международной научно-практической интернет-конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов высших учебных заведений "Инновационные технологии: приоритетные направления развития"

12-14 апреля 2011 г.

Фамилия	Кормош
Имя	Екатерина
Отчество	Викторовна
Место работы (учебы)	Белгородский университет потребительской кооперации
Должность	Старший преподаватель кафедры естественнонаучных дисциплин
Ученое звание, ученая степень	Кандидат технических наук
Название доклада	Сорбция ионов Fe (III) природными и обогащенными монтмориллонитсодержащими глинами Белгородской области
Номер секции	№1
Телефон	8-910-220-65-36
e-mail	kormosh-e@mail.ru