Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы. 8
Постановка цели исследования 30
ГЛАВА 2. Используемые материалы и методика проведения эксперимента 31
2.1. Химический состав растительных масел 32
2.2. Характеристика применяемых сорбентов 40
2.3. Методика проведения экспериментов и расчетов 41
ГЛАВА 3. Экстракция цветных металлов растительными маслами. 47
3.1. Зависимость остаточной концентрации ионов металлов от отношения В:О 50
3.2. Зависимость коэффициента распределения D ионов железа от отношения В:О 53
3.3. Зависимость остаточной концентрации ионов металлов от начальной концентрации, температуры и времени экстракции 54
3.4. Зависимость коэффициента распределения D от исходной концентрации ионов железа 60
3.5. Кинетика 62
3.6. Равновесие 66
3.7. Расчет коэффициента активности в растительном масле для ионов Zn (II) 68
3.8. Экстракция ионов железа из смеси солей Fe (II) и Fe (III) 68
3.9. Зависимость коэффициента распределения D от вида растительного масла 69
3.10. Анализ полученных данных 72
3.11. Технологические возможности использования растительных масел 78
ГЛАВА 4. Сорбция ионов металлов из водных растворов кожицей и шелухой фасоли 89
4.1. Зависимость величины рН раствора и времени сорбции кожицей и шелухой фасоли 91
4.2. Зависимость исходной концентрации от времени сорбции кожицей фасоли 100
4.3. Кинетика 102
4.4. Зависимость от температуры 102
4.5. Результаты сорбции из раствора Cu (II) семядолями 103
4.6. Равновесие 105
4.7. Смесь Fe (II), Fe (III) 107
4.8. Технологические возможности использования шелухи фасоли 107
Заключение 118
Литература 121
- Характеристика применяемых сорбентов
- Зависимость остаточной концентрации ионов металлов от начальной концентрации, температуры и времени экстракции
- Технологические возможности использования растительных масел
- Результаты сорбции из раствора Cu (II) семядолями
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время острой проблемой является рациональное использование сырья в различных отраслях промышленности и экологическая чистота применяемых технологий. Истощение легкодоступных источников минерального сырья привело к необходимости использования бедного ценными компонентами сырья и вторичных ресурсов разного рода, в том числе сточных вод промышленных предприятий, растворов подземного и кучного выщелачивания в горнодобывающих и перерабатывающих комплексах. Современным гидрометаллургическим процессам должны соответствовать эффективные методы извлечения металлов из растворов.
Преимущество экстракционных и сорбционных технологий заключается прежде всего в легкости организации непрерывного высокопроизводительного процесса, в возможности автоматического управления процессом, в уменьшении капитальных и эксплуатационных затрат и улучшении условий труда. Становится возможной переработка бедного сырья, извлечение металлов из которого прежде считалось экономически невыгодным.
В гидрометаллургической промышленности эти методы широко используется для улучшения качества сырья и продуктов, глубокой очистки технологических и сточных вод. Технологии характеризуются высокой избирательностью по отношению к извлекаемому целевому металлу, что позволяет вести процесс при малой продолжительности технологического цикла, сравнительно небольших затратах и расходах химических реагентов. По сравнению с действующими схемами достигается существенное повышение извлечения металлов в конечные продукты и улучшение их качества.
Применение экстракционных и сорбционных процессов сдерживается дороговизной экстрагентов и сорбентов. Поэтому поиск недорогих и эффективных экстрагентов и сорбентов является актуальной задачей.
Цель работы – создание технологии извлечения ионов тяжёлых металлов из сточных вод предприятий цветной металлургии с применением растительных масел и семян бобовых культур, нахождение оптимальных условий экстракции и сорбции, исследование равновесных и кинетических параметров процесса.
Цель работы достигается решением задач:
-
Физико-химическое исследование процесса экстракции ионов Zn (II), Pb (II), Cu (II), Fe (II) и Fe (III) из водных растворов растительными маслами.
-
Физико-химическое исследование сорбции ионов Zn (II), Pb (II), Cu (II), Fe (III) и Мо (VI) семенами бобовых культур.
-
Определение оптимальных параметров проведения процессов экстракции растительными маслами и сорбции бобовыми культурами.
Методы исследований: обобщение литературных источников, данные теории и практики.
Для исследования систем применяли следующие методы химических, физических и физико-химических анализов: колориметрический (КФК-3); объемный; весовой; рН-метрии (рН-метр марки рН-121); спектральный (спектрометр ИСП-30); инфракрасной спектроскопии (ИКС) (спектрометр Specord 75 IR); математическое моделирование и оптимизация. Статистическую обработку экспериментальных данных, расчеты, построение графических зависимостей проводили с применением ЭВМ.
Обоснованность и достоверность исследований, выводов и рекомендаций базируются на использовании основных положений физической химии, современных методов аналитической химии, математической обработки экспериментальных данных на ЭВМ и подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна
-
Разработаны способы эффективной экстракции ионов тяжёлых металлов из водных растворов растительными маслами (патенты РФ 2481409, 2491977, 2499063, 2501868) и сорбции их семенами бобовых культур (патенты РФ 2393246, 2393248, 2394776, 2394775, 2454372).
-
Изучены кинетические и равновесные параметры экстракции растительными маслами и сорбции семенами бобовых культур ионов тяжёлых металлов из водных растворов.
-
Определены оптимальные параметры процессов экстракции ионов тяжёлых металлов из водных растворов растительными маслами и их сорбции семенами бобовых культур.
Практическое значение работы
-
Доказана возможность использования в качестве экстрагентов растительных масел, а в качестве сорбентов бобовых культур для очистки сточных вод промышленных предприятий.
-
Получены математические зависимости в виде регрессионных уравнений остаточных концентраций ионов металлов от их исходной концентрации и времени экстракции в исследованных растворах для расчета основных параметров процесса экстракции.
-
Результаты исследований использованы в ходе выполнения задания в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработка инновационных технологий комбинированной переработки и утилизации отходов предприятий цветной металлургии». (ШИФР 2011-1.5-029-019) Государственный контракт № 16.515.11.5027 от 12.05.2011 и внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО "СКГМИ (ГТУ)".
Положения, выносимые на защиту:
-
Определены условия максимальных экстракции растительными маслами и сорбции семенами бобовых культур ионов Zn (II), Pb (II), Cu (II), Fe (II), Fe (III) и Mo (VI) из водных растворов.
-
Предложен вероятный механизм процессов экстракции и сорбции ионов тяжелых цветных металлов из бедных растворов природными реагентами на основе анализа полученных кинетических зависимостей.
-
Определены пути извлечения ионов тяжёлых металлов из экстракта растительных масел и сорбента, насыщенного ионами тяжёлых металлов.
Апробация работы:
Положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практической конференции МАНЭБ «Развитие производственной и экологической безопасности в ХХI веке. Проблемы и решения» (Владикавказ, 2009), на VII Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010), на Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Котону. Бенин, 2010). Основные положения работы и результаты исследований обсуждены на заседаниях кафедры химии и научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ), Владикавказ в 2007-2013 г.г.
Личное участие автора
Личный вклад соискателя состоит в участии на всех этапах процесса, совместно с соавторами проведен анализ литературных и патентных источников, разработаны методики исследований, получены исходные данные и проведены научные эксперименты, математическая обработка и интерпретация экспериментальных данных, проанализированы и обобщены результаты экспериментов, сформированы выводы и научно-технические рекомендации, подготовлены основные публикации по выполненной работе.
Публикации:
Основные результаты исследований изложены в 22 публикациях, в том числе в 4 изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 9 патентах РФ.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 237 наименований и содержит 141 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 14 таблиц.
Характеристика применяемых сорбентов
Относится к семейству Бобовые. Фасоль обыкновенная - травянистое однолетнее растение с вьющимся, длинным стеблем. Листья у фасоли тройчато - сложные. Фиолетовые или белые цветки собраны в пазушные короткие кисти. Плоды представляют собой гладкие повислые бобы, которые содержат семена между неполными губчатыми перегородками. Растение культивируется как зернобобовое в средних и южных районах России. Лекарственными свойствами обладают створки, семена и околоплодники фасоли.
Химический состав бобовых культур. В бобовых культурах содержатся витамины К, B1, B2, B6, C, PP, каротин, пантотеновая кислота, минеральные вещества (калий, натрий, кальций, магний, фосфор, железо и йод).Плоды содержат аминокислоты аргинин, тирозин, триптофан, холин, тригонеллин, лейцин, аспарагин, лизин, гемицеллюлоза. Пищевая ценность бобов: углеводов-8,5 г; жиров -0,1 г; белков – 6 г; пищевых волокон – 0,1 г; органических кислот – 0,7 г; воды – 83 г; крахмала – 6 г; моно- и дисахаридов – 1,6 г. В сухих семенах содержится 32-37% белковых веществ, 50-60-углеводов, 2,1- 2,2 – жира, 4 % золы, а также каротин (0,20-0,24 мг/100 г) и аскорбиновая кислота (20-30 мг/100 г). В семенах некоторых сортов содержится до15 % масла. Фасоль богата клетчаткой и пектинами, которые выводят из организма токсичные вещества, соли тяжелых металлов. В семенах фасоли много калия (до 530 мг на 100 г зерна).
Экстракцию осуществляли из индивидуальных водных растворов меди (II), цинка (II), железа (II), (III), свинца (II). Экстрагент добавляли к водному раствору солей в количестве обеспечивающем образование водно-маслянной эмульсии.
Экстракцию осуществляли при различных рН растворов. Величину рН в растворах контролировали рН-метром марки рН – 121. В процессе экстракции величина рН растворов менялась, поэтому регулировали рН до заданного исходного значения щелочью NaOH или кислотой: для сернокислых растворов - H2SO4, солянокислых – HCl, азотнокислых-HNO3. Регулировали постоянную величину рН в процессе экстракции в зависимости от системы от 5 мин до 2 ч, в дальнейшем кислотно–основные характеристики растворов менялись незначительно. В пределах этого времени происходило расслаивание органической и водной фаз и устанавливалось экстракционное равновесие, однако, для большей достоверности в достижении равновесия результаты экстракции оценивались через сутки. Экстракт отделяли от рафината, пропускали через фильтр средней плотности. В рафинате определяли концентрацию ионов меди, цинка, свинца и железа (II), – объемными методами (точность ± 0,05 %), а железа (III) - колориметрическим методом (точность 0,1-1,0 %). По разности между концентрациями ионов металла в исходном растворе и в рафинате, определяли концентрацию ионов металлов в экстракте. Экстракция исследовалась также при различных температурах. Коэффициент распределения D между экстрактом и рафинатом рассчитывали по формуле: D = Cорг / Cвод = (C0 / C – n1) V1 / (V2n2) (2.1) где C0 – начальная концентрация иона металла, мг/дм3; С – концентрация иона металла в рафинате при равновесии, мг/дм3; V1, V2 – объемы исходного водного раствора и экстрагента, дм3; n1, n2 – отношение объемов водной и органической фаз соответственно после и до экстракции (n1 = Vрафината/V1; n2 = Vэкстракта/V2). Экспериментально установлено, что объемы органической и водной фаз в исследованных системах в процессе экстракции изменялись незначительно и в зависимости от рН проведения экстракции значения n1 и n2 находились в пределах 0,9 n1 1,0; 0,75 1,0 n2 1,2 2,0, что практически не влияет на порядок величины коэффициента распределения D, поэтому в расчетах величины D по уравнению (2.1) принимали n1 = n2 = 1. К тому же, данное условие позволяет более корректно сопоставлять показатели экстракции по коэффициенту распределения D для различных условий экстракции. Коэффициент разделения рассчитывали как отношение коэффициентов распределения двух разделяемых металлов:
При экстракции данных металлов из индивидуальныхводных растворов с различными концентрациями определяли:
Для экстракта и рафината меди (II) методом вискозиметрии была определена вязкость , Па-с, и по методу максимального давления в пузырьке, предложенному Ребиндером, поверхностное натяжение , Н/м.
Показатели экстракции даны в виде концентрации С, мг/дм3, в растворе в данный момент времени от начала экстракции, рН - постоянной величины рН раствора в процессе экстракции,
Анализ кинетики ионного обмена экстракции осуществляли также исходя из кинетического уравнения вида:
По экспериментальным данным, используя методы подстановки и графический, определяли кинетический порядок по экстрагируемому веществу в кинетическом уравнении (2.5).
Сорбцию осуществляли при различных значениях рН растворов и непрерывном перемешивании в целях ускорения внешнего массопереноса и перехода лимитирующего влияния к внутренней диффузии и химическому взаимодействию внутри сорбента. В исходном растворе, содержащем извлекаемый металл, устанавливали заданные значения рН, затем в раствор вводили сорбенты. В процессе извлечения металлов величина рН растворов менялась, поэтому регулировали рН до заданного исходного значения щелочью NaOH или кислотой: для сернокислых растворов - H2SO4, солянокислых –HCl.Коррекцию величины рН до заданного значения при непрерывном перемешивании раствора осуществляли в пределах двух часов и через сутки от начала сорбции так как в дальнейшем кислотно - основные характеристики раствора изменялись незначительно. В зависимости от рН лигандные группы ионитов могут занимать как более благоприятную, так и неблагоприятную конфигурацию, что должно привести к появлению максимумов сорбции в зависимости от величины рН, которые показывают, в каком интервале рН растворов следует вести исследования сорбционных процессов. Через определенные промежутки времени от начала процесса контролировали концентрацию ионов металла в водной фазе.
Сорбенты, подвергали предварительной обработке в течение суток в 0,1 н растворах H2SO4, HCl или NaOH, а также в дистиллированной воде. Массовое соотношение сорбента и раствора 1:100.
Результаты сорбции иона металла из водного раствора оценивали концентрацией иона металла в исходном растворе С0 и в растворе после сорбции С, мг/дм3; сорбционной обменной емкостью (СОЕ) сорбентов в мг иона металла на 1 г сорбента, мг/г, в равновесном состоянии; ОЕ, мг/г, – мкостью сорбента в данный момент времени. начальная концентрация иона металла, мг/дм3; С – остаточная концентрация иона металла к данному моменту времени сорбции, мг/дм3; V – объем раствора, дм3; т - масса сорбента, г; Сравн - равновесная концентрация иона металла к моменту достижения равновесия, мг/дм3.
Степень извлечения оценивали массовой долей сорбированного вещества в % от исходного.
Зависимость остаточной концентрации ионов металлов от начальной концентрации, температуры и времени экстракции
В табл. 3.3ина рис. 3.5 даны зависимости остаточной концентрации С, г/дм3 ионов металлов Zn (II); Pb (II); Cu (II); Fe (II),от времени , час, и начальной концентрации С0, г/дм3.Экстрагент – оливковое масло; О:В = 1:3, t = 20 – 24 0C. Экстракция осуществляется за время, мин, не более: Zn (II) -60; Pb (II) – 90; Cu (II) – 30; Fe (II) - 30 мин при О:В = 1:3 и 70 мин при О:В = 1:4,5.В табл. 3.3 и на рис. 3.7 дана зависимость коэффициента распределения D от исходной концентрации ионов Fe (III) и Fe (II), г/дм3 из их индивидуальных растворов. Условия экстракции: рН 10, О:В = 1:3. Экстракция ионов Fe (III) осуществляется практически сразу, остаточная концентрация примерно одинакова и равна С = 0,095 г/дм3. При С0 3 г/дм3 образуются осадки бурого цвета. Экстракция ионов Fe (II) осуществляется в пределах 1 часа. При С0 1,6 г/дм3 образуются осадки чрного цвета. Зависимости D = f (С0) - линейны:Дж/(мольградус) – универсальная газовая постоянная рассчитаны энергии активации Е, кДж/моль: Zn (II) 53, Pb (II) 23, Fe (II) 50.
Исходя из кинетического анализа реакции, можно предположить, что порядок процесса и величина энергии активации свидетельствуют о том, что, вероятно, процесс экстракции ионов цинка (II), свинца (II) и железа (II) растительным маслом лежит в кинетической области и лимитируется образованием комплекса этих ионов с составляющими экстрагента, который сольватируется в органическую фазу.
Для ионов Cu (II) из кинетического анализа реакции, можно предположить, что первый порядок процесса, увеличение скорости процесса с ростом исходной концентрации может свидетельствовать о том, что процесс лимитируется скоростью внешней диффузии. Уменьшение скорости экстракции с ростом температуры может быть связано с коалесценцией (слиянием капель растительного масла) внутри подвижного раствора при перемешивании. С увеличением температуры скорость коалесценции растт, а, следовательно, уменьшается межфазная поверхность между органической и водной фазой, что, согласно первому закону Фика, снижает скорость диффузии. Кроме того положение двойной связи в олеиновой кислоте может меняться при нагревании и при различных химических воздействиях. Например, термообработка в щелочной среде способствует миграции двойной связи в положение, смежное с карбоксильной группой. Следует учитывать также, что с ростом температуры за счт окислительно – восстановительных реакций между Сu (II) и растительным маслом увеличивается концентрация Сu (I), которая не экстрагируется в масляную фазу.
На рис. 3.9 дана зависимость коэффициента распределения D от равновесной концентрации ионов металлов в рафинате Сравнов, г/дм3.
В табл. 3.6 приведены результаты расчта активности аорг и коэффициента активности орг экстрагируемого иона цинка в органической фазе (экстракте) для времени экстракции 60 мин
Из данных табл. 3.6 следует, что орг 1. Это свидетельствует о том, что экстракт не является идеальным раствором, а концентрация иона цинка в насыщенном экстракте составляет 6, 15 г/дм. В табл. 3.7 даны результаты экстракции ионов железа из смеси солей Fe (II) и Fe (III). Условия экстракции : рН 10; О:В = 1:4,5; t = 20 0C, время экстракции 1-3 мин, начальная концентрация С0и конечная концентрация С, г/дм3. Получены коэффициент распределения D, коэффициент разделения = DFe(III)/DFe(II) извлечение , в % от исходного. Видно, что с увеличением концентрации коэффициент разделения растт.В процессе экстракции объм экстракта увеличивается на 5-10 % от объма экстрагента и имеет структуру геля.
Осадки гидроксокомплексов Fe (III) имеют бурый, а осадки Fe (II) – чрный цвет. Осадки чрного цвета после сушки магнитны и имеют состав FeOFe2O3 или Fe3O4.
На рис. 3.10 дана зависимость коэффициента распределения D от вида растительного масла: 1 – абрикосовое, 2 – тыквенное, 3 –кедровое, 4 – соевое, 5 – виноградное, 6 – кукурузное, 7 – грецкого ореха, 8 – подсолнечное, 9 – льняное, 10 – оливковое.
Условия экстракции ионов Zn (II): рН 6-10, t = 200C,С0 = 2,5 г/дм3, В:О 7.
Высокие показатели экстракции получены для абрикосового, тыквенного, кедрового, соевого, кукурузного, грецкого ореха и оливкового масел и плохо экстрагируют ионы цинка виноградное, подсолнечное и льняное масла.
Комплекс ионов цинка в экстракте имеет жлтый, а осадки гидроксидов – белый цвет.
Технологические возможности использования растительных масел
В кислой среде жирные кислоты находятся в недиссоциированном состоянии и не способны к экстракции. Изменение рН растворов в процессе экстракции и необходимость его регулирования для поддержания постоянной величины рН свидетельствуют о значительном влиянии кислотно-основных характеристик на ход экстракции. Изменение окраски экстракта, а в некоторых случаях и рафината в интервале рН экстракции свидетельствует об участии гидроксокомплексовметаллов в процессе экстракции. Для обычной ионной связи гидратация ионов металлов значительна, в то время как при переходе к металлам, образующим комплексы, гидратация снижается. Уменьшение показателей экстракции с увеличением кислотности раствора связано с уменьшением прочности комплексных соединений. Склонность к координации кислорода и азота с ионами различных металлов неодинакова. C ростом эффективного заряда ионов должны увеличиваться доли ионного характера взаимодействия ионов металлов с лигандными группами. Большую склонность к азоту имеют ионы меди (II) и свинца (II), вероятно эта связь энергетически выгоднее связи с кислородом. Максимальным сродством к экстрагенту обладают ионы Fe (III), устойчивость комплексов которых увеличивается за счт координационного взаимодействия с азотом. Это обусловлено тем, что азотсодержащие полиядерные лиганды обладают способностью связывать поливалентные легко гидрализующиеся катионы в прочные комплексы, что подтверждает их высокую комплексообразующую способность и склонность к образованию сложных трхмерных каркасов. В большом избытке ионы железа выступают в качестве сшивающего агента для водно-растворимого триэтаноламина, что приводит к созданию структур коагуляционно-экстракционного взаимодействия. Невысокие показатели экстракции ионов цинка (II) могут быть связаны с электронным строением их ионов, укомплектованностью (d10) внешнего электронного уровня и преимущественным образованием связей с атомами кислорода олеиновой кислоты с образованием внешнесферных комплексов. Ещ одной особенностью карбоновых кислот является то, что при наличии двойной связи в жирнокислотной цепи вращение углеродных атомов относительно друг друга ограничено. Это обеспечивает существование ненасыщенных жирных кислот в виде геометрических изомеров, то есть две ненасыщенные кислоты могут иметь одинаковую химическую формулу, но будут различаться пространственным расположением отдельных атомов и как результат иметь разные свойства. В растворах жирнокислотная цепь может образовывать бесчисленное количество конформаций вплоть до клубка, в котором имеются и линейные участки различной длины в зависимости от числа двойных связей. Клубки могут слипаться между собой, образуя так называемые мицеллы. В последних отрицательно заряженные карбоксильные группы жирных кислот обращены к водной фазе, а неполярные углеводородные цепи спрятаны внутри мицеллярной структуры. Такие мицеллы имеют суммарный отрицательный заряд и в растворе остаются суспендированными благодаря взаимному отталкиванию. Положение двойной связи может меняться при нагревании и при различных химических воздействиях. Олеиновая кислота (С17Н33СООН) относится к классу карбоновых кислот. В зависимости от кислотно-основных свойств среды олеиновая кислота, обладая амфотерными свойствами, проявляет себя в кислой среде как основание. В щелочной среде молекулы кислоты диссоцируют с образованием олеат-ионов, концентрация которых определяется величиной константы диссоциации и значением рН. Карбоновые кислоты, обладая одновременно протонодонорной и электродонорной способностями, могут образовывать с растворителем водородные связи, а также донорно-акцепторные комплексы и различные ионизированные продукты. Такая способность некоторых органических соединений является особенностью тех мицеллообразующих мономеров, в растворе которых в результате взаимодействия (ассоциации) образуются мицеллы коллоидного характера. Мицеллы в растворе находятся в термодинамическом равновесии с молекулами и ионами, из которых они образованы. Процесс образования протекает самопроизвольно только придостижении определенной концентрации кислот, при которой свойства раствора (физические и спектральные) меняются. Величина этой критической концентрации мицеллообразования (ККМ) олеиновой кислоты: 0,5710-4, 2,010-4 и 0,710-3 моль/дм3.
Система «вода в масле» образуется в масляной фазе в процессе экстракции.
При определнных условиях наблюдается солюбилизация – резкое увеличение растворимости веществ (в том числе гидроксокомплексов металлов, глицератов металлов, комплексов металлов с азотом в составе CH2CH2N+H3ОН и кислородом карбоновых кислот) в растворах коллоидных ПАВ вследствие их внедрения внутрь мицеллы.
Заметно влияние температуры на результаты экстракционного процесса, осложннного комплексообразованием, так как этот процесс сопровождается гидратационными, деформационными эффектами. Кроме того при разных температурах наблюдается различная степень гидратации ионов, изменяются константы диссоциации функциональных групп и устойчивость комплексов. Для технических целей можно использовать «прогорклые» растительные масла, не пригодные для использования в пищу. Известно использование трибутилфосфата (ТБФ) как экстрагента ионов тяжлых металлов, при этом стоимость ТБФ и оливкового масла близки, следует учесть также, что в оливковом масле содержится до 80 % олеиновой кислоты, используемой в качестве экстрагента. При отстаивании системы после экстракции больше суток происходит е расслаивание на три фазы: верхнюю – масляную, нижнюю – водную и промежуточную между ними – гелеобразную сетчатую структуру гидроксокомплексов с составляющими воды и масла.
Результаты сорбции из раствора Cu (II) семядолями
Исходная концентрация 5,75 г/дм3. Предварительная обработка сорбента – щелочная. Остаточная концентрация в горячем растворе составила 3,41 г/дм3, Е = 234,3 мг/г. После охлаждения остаточная концентрация составила 3,15 г/дм3, Е = 259,9 мг/г. Через сутки концентрация охлажднного раствора и мкость сорбента Е не изменились.
Для сравнения результаты сорбции в тех же условиях при комнатной температуре составили: время сорбции 1 ч, исходная концентрация С = 5,45 г/дм3, остаточная концентрация 3,51 г/дм3, Е = 190,0 мг/г, таким образом, в условиях эксперимента сорбционная мкость сорбента Е в результате нагрева возросла в 1,2-1,4 раза. Нагрев увеличивает эффективность сорбции.
Как следует из полученных данных, ОЁ кожицы зависит от исходной концентрации, температуры и времени сорбции.
На рис. 4.3 даны результаты сорбции из раствора CuSO4 семядолями (температура 25 0С, масса семядолей 14 г) в виде зависимости остаточной концентрации (а) и обменной мкости ОЁ (б) семядолей от исходной концентрации ионов меди, мг/дм3, времени сорбции, мин, при рН = 4 и щелочной обработке сорбента.
Как следует из полученных данных, ОЁ семядолей слабо зависит от исходной концентрации, температуры и времени.
На рис. 4.4 дана зависимость обменной мкости кожицы и семядолей, мг/г, от времени , мин, при рН = 4 и щелочной обработке сорбента. Сорбция осуществлялась из раствора CuSO4, температура 25 0С, Сисх = 500 мг/дм3, масса кожицы 1 г, масса семядолей 14 г. Кинетическое уравнение для кожицы имеет вид ОЁ = 0,24 + 14,2 мг/г. Относительное равновесие достигается за время 50 мин, СОЕ = 26,2 мг/г. Через сутки сорбции СОЕ = 28,6 мг/г. Из данных рис. 4 видно, что ОЁ кожицы превышает (в 9-12 раз) ОЁ семядолей.
Из данных рис. 4.5 следует, что при кислой предварительной обработке сорбента и величине рН раствора при комнатной температуре результаты сорбции зависят от времени сорбции (равновесие наступает при времени меньше 3 часов) и исходной концентрации раствора. При концентрации исходного раствора Сисх 3 г/дм3 наступает насыщение кожицы фасоли ионами Мо (VI), при котором СОЕ = 86 мг/г.
Аналогичные результаты получены для сорбента, предварительно обработанного 0,1 н раствором щлочи. 4.7 Смесь Fe (II), Fe (III)
Исследована сорбция ионов железа кожицей фасоли из смеси солей FeCl3 и FeSO4 при кислой обработке сорбента (0,1 н раствор H2SO4) и рН = 2. Установлено, что кожица фасоли из смеси солей FeCl3 и FeSO4 сорбирует только ионы Fe (III). При этом за счт окислительно- восстановительной реакции между ионами Fe (III) и кожицей фасоли с течением времени увеличивается концентрация ионов Fe (II) в растворе. Поэтому с течением времени извлечение из раствора всего железа (Fe (III) + Fe (II)) падает за счт перехода Fe (III) Fe (II). Аналогично установлено, что по мере сорбции ионов Fe (III) из раствора соли FeCl3 нарастает концентрация ионов Fe (II) в растворе. На рис.4.6 – 4.9 и в табл. 4.4-4.7 даны результаты извлечения ионов меди (II) (рис.4.6-4.7 и табл. 4.4-4.5) и свинца (II) (рис.4.8 – 4.9 и табл. 4.6-4.7) из шелухи и кожицы фасоли, насыщенных ионами меди и свинца. Для извлечения ионов меди и свинца использовали промывку дистиллированной водой и 0,5 н раствором серной кислоты. Из данных рис.4.6 – 4.9 и в табл. 4.4-4.7 следует, что медь и свинец могут быть извлечены из шелухи и кожицы фасоли, насыщенных ионами меди и свинца, причм шелуха и кожица фасоли могут использоваться повторно. 115 На рис 4.7 дана схема сорбции шелухой фасоли для извлечения ионов тяжлых металлов из сточных вод промышленных предприятий. Полученные результаты дают перспективу возможного технического использования шелухи фасоли для извлечения ионов тяжлых металлов из сточных вод промышленных предприятий. На рис. 4.8 предложена технологическая схема сорбции шелухой фасоли для извлечения ионов тяжлых металлов
. Исследована сорбция ионов тяжлых металлов Zn (II), Pb (II), Cu (II), Fe (III) и Мо (VI) семенами фасоли. Установлено, что сорбционные свойства кожицы и кожуры фасоли сопоставимы с таковыми для известных искусственных и природных сорбентов, причм сорбционная мкость кожицы и кожуры на порядок превышают мкость семядолей. Сорбционная мкость кожицы и кожуры фасоли зависит от предварительной обработки сорбента, величины рН раствора, от исходной концентрации раствора и температуры.
