Статья опубликована в рамках: CXLV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ» (Россия, г. Новосибирск, 18 июля 2022 г.)

Наука: Химия

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Лопатин Е.А., Горбатов Ю.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРБЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. CXLV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 14(145). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/14(145).pdf (дата обращения: 28.11.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 0 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРБЕНТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Лопатин Евгений Алексеевич

студент, кафедра органической химии, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,

РФ, г. Санкт-Петербург

Горбатов Юрий Александрович

студент, кафедра физической и коллоидной химии, Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,

РФ, г. Санкт-Петербург

Иванов Антон Рубенович

научный руководитель,

канд. хим. наук, доц., Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,

РФ, г. Санкт-Петербург

STUDY OF THE EFFICIENCY OF SORBENTS FROM PLANT RAW MATERIAL

Evgeny Lopatin

student, Department of Organic Chemistry, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,

Russia, St. Petersburg

Yury Gorbatov

Student, Department of Physical and Colloidal Chemistry, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,

Russia, St. Petersburg

Anton Ivanov

scientific adviser, Ph.D. Sciences, Associate Professor, St. Petersburg State University of Industrial Technologies and Design,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

Исследованы сорбционные свойства сосновой коры по отношению к органическим и неорганическим красителям. Проведен сравнительный анализ сорбционной эффективности сосновой коры и активированного угля.

ABSTRACT

The sorption properties of pine bark with respect to organic and inorganic dyes have been studied. A comparative analysis of the sorption efficiency with the main bark and activated carbon was carried out.

Ключевые слова: сосновая кора, сорбция, сорбент, красители.

Keywords: pine bark, sorption, sorbent, dyes.

В настоящее время одной из основных и глобальных проблем является очистка сточных вод от органических промышленных отходов. Решением данной проблемы служит получение экологически чистых адсорбентов на основе растительного сырья. С каждым годом использование природных ресурсов лишь растёт, а вместе с этим расёт и количество отходов биомассы. Промышленное применение этих отходов является сейчас акутальной задачей, стоящей перед учеными, потому что наиболее распространенные в промышленности сорбенты, такие как активированный уголь (AУ), обычно производится из невозобновляемых ресурсов, которые необходимо транспортировать на большие расстояния. Использование местной остаточной биомассы в качестве сырья может быть выгодным с точки зрения устойчивости.

Одним из перспективных сорбентов из растительного сырья является сосновая кора – отход лесозаготовки и переработки древесины и поэтому она обладает почти нулевой стоимостью, а также обладает способностью сорбировать тяжелые металлы, нефтепродукты и некоторые красители. [1]

Целью данной работы является исследование эффективности сорбента на основе сосновой коры. Для этого были изучены свойства данного материала, подготовлены рабочие образцы и проведены испытания сорбционной способности коры в отношении ряда органических и неорганический красителей.

Основные характеристики, физические и химические свойства сосновой коры

В сосновой коре содержатся такие компоненты, как целлюлоза, лигнин дубильные вещества, терпены, фенолы, суберин, жиры, воск. Важное значение среди экстрактивных веществ коры имеют дубильные вещества. Они охватывают большой комплекс сложных ароматических соединений, весьма разнородных по своей химической структуре. [2]

Сосновая кора является нетоксичным материалом, обладает механической прочностью, а при контакте с водой она набухает (за счет присутствия в её составе природных полимеров лигнина и целлюлозы), и выделяет красящие вещества – смесь различных полифенолов.

Экспериментальная часть

Методика эксперимента

Для выполнения данной работы использовались следующие приборы и реактивы: красители, конические колбы на 100 см³, пипетки Мора на 50см³, бумажные фильтры «Синяя лента», сорбенты, магнитная мешалка, спектрофотометр типа КФК-3, стеклянные палочки, мерные цилиндры на 1000 см³, аналитические весы, воронки.

В опытах использовали кору сосны Pinus Sylvestris, содержащую 90% самой коры и 10% древесных волокон с размером частиц 0,05-4 мм и мелкодисперсный активированный уголь с размером пор менее 0,1 мм.

Качественная сорбция красителей

В мерных колбах на 250 см3 готовились растворы 9 различных красителей:

Органические: Ализарин, Метиловый красный, Ацетат меди(II).

Неорганические: Нитрат кобальта(II), Нитрат хрома (III), Хлорид хрома(III), Хлорид кобальта(II), Сульфат хрома(III), Хлорид меди(II).

При помощи спектрофотометра (КФК-3) определялась длина волны (λmax), при которой будет достигаться максимально возможная оптическая плотность для конкретного раствора красителя.

Для эксперимента были взяты 9 мерных колб на 100 см3 и 9 приблизительно одинаковых навесок исследуемого вещества и активированного угля. Навески помещались в колбы и заливались их красителями, затем растворы оставлялись на 15 мин. После растворы сорбента фильтровали, и замеряли оптическую плотность фильтрата.

Таблица 1.

Результаты тестовой сорбции красителей (скрининг)

Сорбат	Сорбенты
Сорбат	Активированный уголь	Сосновая кора
Ализарин	+	+
Метиловый кр.	+	+
Ac₂Cu	+	+
Co(NO₃)₂	+	+
Cr(NO₃)₃	+	+
CrCl₃	+	-
CoCl₂	+	-
Cr₂(SO₄)₃	-	-
CuCl₂	-	+

По результатам, приведённым в табл. 1, можно понять, взаимодействие каких веществ приводит к сорбции. Для дальнейших исследований был выбран краситель - ализарин, затем рассматривалась его взаимодействие с сосновой корой.

Определение адсорбционных эффектов

Три навески сорбента (сосновой коры) и массой 0,5 г, добавили в 3 мерные колбы. Залили эти навески 50 мл раствора ализарина и оставили на 15 минут. Затем отфильтровали сорбент на бумажном фильтре и замеряли оптическую плотность фильтрата (D’). По данным этого этапа считаем разность оптических плотностей (D₀-D’). По калибровочному графику нашли соответствующие концентрации — ΔС. Из концентраций на массу, адсорбированной сосновой корой, и посчитали адсорбцию.

Аналогичную процедуру провели с навеской активированного угля в качестве сорбента сравнения.

Результаты и их обсуждение

Таблица 2.

Результаты сорбции ализарина сосновой корой

№ п/п	Опт. Плотн. исх. р-ров, D0	Опт. плотность р-ра после сорб- ции, D’	Изменение Опт.плотн. ∆D’	Измене- ние конц. р-ра ∆С’, мг/ дм³	Изме нение массы ∆m’, мг	Адсор бция, ai, мг/г
1	0,622	0,542	0,08	0,001	0,05	0,0922
2	0,622	0,546	0,076	0,001	0,05	0,0916
3	0,622	0,536	0,086	0,0011	0,055	0,1026

Таблица 3.

Статистическая обработка результатов определения адсорбционных эффектов.

№ п/п	a_i, мг/г	a_ср, мг/г	\|aср — ai\|, мг/г	\|a — a \|²,_срi мг/г
1	0,0922	0,09547	0,00327	0,0000107
2	0,0916		0,00328	0,00000108
3	0,1026		0,00713	0,0000508

Таблица 4.

Результаты сорбции ализарина активированным углём

№ п/п	Опт. Плотн. исх. р-ров, D0	Опт. плотность р-ра после сорбции, D’	Изменение Опт.плотн. ∆D’	Измене- ние конц. р-ра ∆С’, мг/ дм³	Изме нение массы ∆m’, мг	Адсор бция, ai, мг/г
1	0,599	0,539	0,469	0,0058	0,29	0,538
2	0,599	0,546	0,483	0,006	0,3	0.550
3	0,599	0,542	0,509	0,0057	0,315	0.581

Таблица 5.

Статистическая обработка результатов определения адсорбционных эффектов

№ п/п	ai, мг/г	aср, мг/г	\|aср — ai\|, мг/г	\|a — a \|²,_срi мг/г
1	0,538	0,556	0,018	0,000324
2	0,550		0,006	0,000036
3	0,581		0,025	0,000625

Сравнительный анализ процесса адсорбции красителя на разных адсорбентах

По литературным данным имеются сведения, что эффективная поверхность активированного угля до 10 раз больше, чем эффективная удельная поверхность коры сосны. [3] По полученным нами данным кора имеет эффективность в 5 раз ниже активированного угля.

Заключение

В ходе опыта по установлению качественной адсорбции сосновой коры, она адсорбировала 6 из 9 красителей. Исключениями стали: нитрат хрома (III), хлорид хрома(III), хлорид меди (II). Возможно, молекулы данных красителей слишком большие для того, чтобы задержаться (зацепиться), на поверхности исследуемого образца. По результатам опыта был выбран ализарин в качестве сорбата для следующего эксперимента.

На одном из этапов работы проводилось сравнение адсорбции сосновой коры и активированного угля и зависимость этого процесса от удельной поверхности этих веществ. Было выявлено, что сосновая кора хуже адсорбирует краситель ализарин, чем активированный уголь, и одна из причин такой динамики – это меньшая удельная поверхность.

Основываясь на результатах экспериментов, можно сделать вывод, что кора сосны, не смотря на меньшую адсорбционную эффективность по сравнению с активированным углём, может быть использована в качестве эффективного и экологичного сорбента.

Список литературы:

Ивкина, Т.М. Нефтеемкость и теплотворная способность коры сосны и пихты при использовании ее для очистки водоемов от разливов нефти / Т.М. Ивкина, Э.Д. Леви.//Лесной журнал. – 1986. – № 6. С. 83–86.
Дейнеко И. Н. Исследование химического состава коры сосны / И. В. Дейнеко, Л. П. Белое // Химия растительного сырья. – 2007. №1. – C.19 – 21.
Половнева C.И. УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ В ПРОЦЕССАХ ДЕСОРБЦИИ И РЕАКТИВАЦИИ/ В.В. Ёлшин, А.А. Носенко // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-6. – С.1187-1193.
Иванов А.Р. ОСНОВЫ ХИМИИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ. Теоретические основы и методики выполнения анализа: методические указания по курсовой работе для студентов заочной формы обучения / А.Р. Иванов. – Санкт-Петербург: ВШТЭ – СПбГУПТД, 2020. – 19 с.