Химическое модифицирование дисперсного кремнезема-опоки

В настоящее время среди природных сорбентов значительное место занимает модифицированная природная опока, обладающая существенной адсорбционной способностью [1, 37].

Адсорбционные, каталитические и ионообменные свойства природных опок, а также наличие крупных промышленных месторождений и дешевизна минеральных сорбентов делают экономически целесообразным их использование во многих процессах в качестве сорбентов и катализаторов [2, 83].

Следует отметить, что применение минеральных сорбентов с модифицированной поверхностью сулит результаты качественно нового уровня.

Адсорбцию катионов меди и кобальта проводили на опоке, химически модифицированной с целью повышения сорбционной способности, адсорбционной ёмкости и, следовательно, степени очистки.

Весьма важным моментом при адсорбционной очистке промышленных сточных вод является кинетика процесса или скорость адсорбции.

Как видно из рис.1, скорость адсорбции ионов меди (II) и кобальта (II) незначительно зависит от температуры. При 20°С время установления равновесия составило: для меди — 30 мин., для кобальта — 45 мин.

Наряду с этим видно положительное влияние повышенной температуры сорбции, приводящее к увеличению адсорбционной ёмкости опоки, и, следовательно, к увеличению степени очистки. Это объясняется протеканием в системе процесса хемосорбции, в результате чего на поверхности опоки образуется химическое соединение.

 4 Рис. 1. Кинетика сорбции ионов Cu2+, Co2+ на опоке при разных температурах: 1, 3 – сорбция Co2+ при 20 и 60о С соответственно; 2, 4 — сорбция Cu2+ при 20 и 60о С соответственно

 

 

Максимальное значение адсорбции достигается проведением процессов модификации и адсорбции при температурах 600С и составляет, ммоль/г: для меди-29,9, для кобальта-66,8 (табл. 1).

Таблица 1

Результаты исследований температур модификации и сорбции на степень очистки растворов

Температура адсорбции,0С Температура модификации, 200С Температура модификации, 600С
Кобальт Медь Кобальт Медь
а, ммоль/г Е,% а, ммоль/г Е,% а, ммоль/г Е,% а, ммоль/г Е,%
20 23,0 20,5 12,5 21,6 31,4 30,9 15,8 22,6
60 35,8 30,6 22,7 32,7 66,8 59,9 29,9 43,5

 

Однако степень очистки водных растворов при сохранении времени достижения равновесия оказалась недостаточной, поэтому для увеличения сорбционной активности природной опоки проводят химическое модифицирование путём обработки её поверхности различными веществами – модификаторами. В качестве таких веществ взяты растворы хлорида аммония, гидроксида калия и соляной кислоты.

Установлено, что использование в качестве модификатора раствора соляной кислоты нецелесообразно, так как адсорбционная ёмкость увеличивается всего на 3 %.

По характеру кривых сорбции видно (рис.1), что в определённый момент времени (30-60 минут) наблюдается максимальное значение адсорбции, после чего она достигает своего равновесного значения.

Наилучшие результаты получены при обработке опоки раствором гидроксида калия. Полученный сорбент имел следующую сорбционную ёмкость по ионам металлов: по меди-15,7 ммоль/г, по кобальту-11,6 ммоль/г.

Комплексная оценка адсорбционных характеристик исследуемых сорбентов позволила расположить их по эффективности извлечения в следующий ряд: сорбент, модифицированный раствором KOH › сорбент, модифицированный раствором HCl › чистая опока › сорбент, модифицированный раствором хлорида аммония.