ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА СОРБЦИИ Cu(II) АКТИВИРОВАННЫМИ СОРБЕНТАМИ НА ОСНОВЕ СЛАНЦЕВ

OBSERVATION OF CU(II) SORPTION PROCESS WITH KINETIC PATTERNS USING MODIFIED SORBENTS BASED ON SHALES

Nazerke Zarlykhan

the second year master’s student of chemistry S.Amanzholov East Kazakhstan State University,

Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk

Marina Popova

candidate of  pedagogic sciences, lecturer S.Amanzholov East Kazakhstan State University,

Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk

Temirlan Hasen

the second year master’s student of chemistry S.Amanzholov East Kazakhstan State University,

Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается метод получения сорбентов на основе сланцев, их химическая активация и изучение кинетических закономерностей процесса сорбции Сu(II) из водных растворов солей активированными сорбентами.

ABSTRACT

In the article the methodforpreparation of sorbents on the basis of slate, their chemical activation, and the study of kinetic regularities of the process of Cu(II) sorption from aqueous solutions of salts by activated sorbents are considered.

Ключевые слова: сланец; термическая и химическая активация; активированные сорбенты; сорбция; кинетика сорбции

Keywords: slate, thermal and chemical activation; activated sorbents; sorption; kinetics of sorption

Твердые горючие ископаемые являются не только основным источником энергии, но и ценным химическим сырьем для получения разнообразных продуктов, например, углеродных адсорбентов. Богатейшей сырьевая база делает возможным получение углеродных адсорбентов различного назначения с оптимальным сочетанием цены и качества.

Горючий сланец был предложен для использования в качестве адсорбента в многочисленных различных состояниях. Например, патент [1] описывает, что остаток от перегонки горючего сланца можно использовать для удаления примесей из сточных вод, полученных в ходе перегонки. Этот остаток, который обычно называют «выработанным» или кубовым сланцем, представляет собой твердый материал, остающийся после проведения перегонки горючего сланца. Выработанный сланец все еще содержит органический углерод (остаточный углерод) и его часто сжигают, чтобы получить энергию, применяемую для проведения перегонки исходного сланца. Золу горючего сланца получают путем сжигания горючего сланца или выработанного сланца.

Кроме того, также было предложено применение в качестве адсорбента «сырого» (то есть в общем не обработанного) горючего сланца. Например, патент [2] раскрывает, как измельченный сырой горючий сланец применяют в качестве адсорбента для разлива нефти на поверхности воды. Нефть, плавающая на поверхности другой жидкости, контактирует с измельченным сырым горючим сланцем с поглощением этой нефти этим сланцем.

Позже появились предложения активировать горючий сланец способом, подобным активации углерода, чтобы получить в высокой степени сорбирующие материалы для ряда применений в области промышленности и охраны окружающей среды. В отличие от сырого или выработанного горючего сланца активированный горючий сланец обрабатывают для того, чтобы карбонизировать углеродный материал и разложить часть неорганического материала, создавая тем самым пористое тело, имеющее активную площадь поверхности.

Например, патентный документ [3] описывает процессы активации горючего сланца, а также применение активированного горючего сланца в качестве адсорбента. Эту активацию проводят с помощью термического и/или химического (кислотного) способа обработки. Более подробно процессы активации горючего сланца дополнительно описаны в патентных документах [4-10] и следующих статьях [10-14].

В данной работе рассмотрено получение сорбента путем термической и химической активации сланцев. При получении сорбента пробу измельчали и подвергали термической активации в муфельной печи в интервале температур 200-500С. Время термической активации 1-3 часа. Затем термически обработанные сорбенты подвергались химической активацией 0,1-1н фосфорной кислотой.

Сорбция ионов проводилась из модельных растворов меди с концентрацией 0,1-0,5г/л.

Наибольшая степень сорбции наблюдалась у образцов сорбентов активированными при температуре 500⁰С и временем активации 3 часа.

В таблице 1 представлены результаты определения степени извлечения ионов меди из модельных растворов сорбентами с временемактивации 1-3 часа

Таблица 1.

Степень извлечения ионов Cu (II) из модельных растворовтермически активированными сланцами при 500⁰С, время активации 1-3 часа.

Исследование структуры сланца производили на ИК спектрофотометре с преобразованием Фурье «ФТ-801» (условия снятия спектра таблетки с KBr)

Сводная таблица частоты полос поглощения для ИК спектра сорбентов, полученных при термической активации 5000С, время активации 3 час.

Таблица 2.

Расшифровка полос поглощения ИК-спектра сорбентов, полученных при термической активации 500⁰С, время активации 3 час

По данным литературного обзора определили, что для химической активации наиболее подходит фосфорная кислота. Для анализа использовали фосфорную кислоту с концентрациями 0.1н, 0.5н, 1.0н. Активацию проводили в течение 1- 2 часов.

В таблице 3 приведены данные степени извлечения ионов Cu (II) из модельных растворов сорбентами, время активации 2 часа.

Таблица 3.

Степень извлечения ионов Cu (II) из модельных растворов сорбентами, время активации 2 часа, время сорбции 3 часа.

Таблица 4.

Скорость сорбции ионов Cu (II) из модельных растворов сорбентами, время активации 1 час,время сорбции 3 часа.

Таблица 5.

Скорость сорбции ионов Cu (II) из модельных растворов сорбентами, время активации 2 часа,время сорбции 3 часа.

Согласно данным из таблиц 4 и 5 можно сделать вывод, что скорость процесса сорбции с увеличением концентрации увеличивается неравномерно. На скорость сорбции влияет время активации. Наибольшая скорость процесса сорбции наблюдается прикислотной активациисорбентов 1н Н3РО4 в течение двух часов. Для концентрации 0,100 г/л скорость сорбциисоставляет 18,73 •10-3 моль/л•мин;для концентрации 0,500 г/лдостигает 265,85 •10-3 моль/л•мин.После двухчасовой активации скорость увеличивается в 1,2-2,4 раза соответственно.

Таким образом, в ходе проведенной работы определены оптимальные условия синтеза сорбентов на основе сланцев путем термической и химической активации; определена степень извлечения и рассчитана скорость процесса сорбции.

Список литературы:

1. Патент США № 1676151. Mckee Ralph H // Filtering material and process of filtering US 1676151 A, //US Patent and Trademark Office (USPTO) ; заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
2. Патент США №. 4308146 US Patent and Trademark Office (USPTO) ; заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
3. Патентный документ Марокко МА24030; заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
4. Патент РФ № 2343972  Господинов Д.Г.,Шкарин А.В // Способ получения углеродного сорбента // заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
5. Патент РФ № 2333887 Савостин И.К., Лузай Е.В., Романов Ю. А.,Кошельков И. С. ;// Способ получения сорбента. //  заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
6. Патент РФ № 2323877: Мухин В.М., Хамкин В. Л., Максимова Л.М, Саталкин Ю.Н.,Курохтин А. П., Димкович Н.Т. // Способ получения хемосорбента. // заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
7. Патент РФ № 2339443 Пешнев Б.В., Федорова В. В., Николаев А.И. // Способ получения адсорбента заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
8. Патент РФ № 2331468 Микова Н.М., Чесноков Н.В., Кузнецов Б.Н. // Способ получения нанопористого углеродного материала.// -  заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). – 3 с. : ил.
9. Патент РФ № 2147926  Хуснутдинов Д.С.; Хаймин В.А.; Владимиров В.А.; Головин В.М.; Морозова М.В.; Ламтюгин Г.А. // Установка для получения углеродного сорбента. // заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №23 (II ч.). - 3 с. : ил
10. Патент РФ № 2104778 Варшавский О.М., Поконова Ю.В., Грабовский А.И. // Способ получения органо-минерального адсорбента. // заявл. 18.12.00 ; опубл. 20.08.02, Бюл. №25 (II ч.). - 3 с. : ил
11. Elaboration et caracterisation d'un nouveau materiau adsorbant a partir des schistes bitumineux du Maroc = Получение и исследование характеристик нового материала адсорбента из битуминозных сланцев Марокко / Oumam M., Abourriche A., Adil A., Hannache H., Pailler R., Naslain R., Birot M., Ouillot J.-P., Annales de Chimie, Masson, Paris, FR, т.28. - №4. - Р. 59-74
12. Influence of the experimental conditions on porosity and structure of adsorbents elaborated from Moroccan oil shale of Timahdit by chemical activation = Влияние условий эксперимента на пористость и структуру адсорбентов, полученных из Марокканского горючего сланца из Тимахдит с помощью химической активации / Ichcho S., Khouya Е., Fakhi S., Ezzine M., Hannache H., Pallier R., Naslain R., Journal of Hazardous Materials, Elsevier, т.118. - №1-3. - Р. 45-51.
13. New adsorbents from oil shale: Preparation, Characterization and U, Th isotope adsorption tests = Новые адсорбенты из горючих сланцев: получение, исследование характеристик и тесты на адсорбцию изотопов урана и тория / Khouya Е.; Fakhi S.; Hannache H.; Abbe J.C.; Andres Y.; Naslain R.; Pailler R.; Nourredine A.; Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Kluwer Academic Publishers, Do, т.260. - №1. - Р. 159-166.
14. Synthesis and characterization of activated carbo-aluminosilicate material from oil shale", (Синтез и исследование характеристик активированного углеродно-алюмосиликатного материала из горючего сланца), Shawabkeh R.A., Microporous and Mesoporous Materials, Elsevier Science Publishing, New York, US, т.75. - №1-2. - Р. 107-114