Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Марченко Людмила Анатольевна

Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем
<
Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Марченко Людмила Анатольевна. Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.01.- Краснодар, 2003.- 123 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-2/393-2

Содержание к диссертации

Введение

1 Литературный обзор 7

1.1 Механизм образования гидроксидов металлов 7

1.2 Системы на основе гидроксидов алюминия и магния 19

1.3 Природа взаимодействия сорбируемых ионов с гидроксидами металлов 23

1.4 Оценка вероятности образования протонированных и полимерных форм ионов 25

1.5 Анализ современных способов очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов 31

1.6 Сорбционные свойства гидроксидов в зависимости от природы образующих их металлов 32

1.7 Применение сорбционного метода для выделения ионов Cr(VI) и Pb(II) из водных растворов 36

2 Объекты и методы исследования 39

2.1 Используемые материалы и оборудование 39

2.1.1 Методика синтеза гидроксидов алюминия, магния и систем на их основе 40

2.1.2 Методики исследования сорбционных свойств гидроксидов 42

2.2 Физико-химические методы исследования 43

2.2.1 Методика рентгенофазового анализа 43

2.2.2. Методика ИК-спектроскопического анализа 43

2.2.3 Определение удельной поверхности и пористости сорбентов 44

2.2.4 Расчет статистических характеристик модели прогноза состава синтезированных систем на основе гидроксидов алюминия и магния 48

3 Экспериментальная часть 50

3.1 Синтез и исследование физико-химических свойств гидроксидов алюминия и магния и систем на их основе 50

3.2 Экспериментальные ИК-спектры синтезированных систем на основе гидроксидов алюминия и магния 54

3.3 Определение удельной поверхности и пористости сорбентов 56

3.40пределение состава сорбируемых ионов 64

3.5Изучение сорбционной способности СОГ алюминия и магния 70

4 Математическое моделирование процесса сорбционного извлечения исследуемых ионов при фильтровании сточных вод через синтезированные сорбенты 81

4.1 Математическое описание процесса сорбционного извлечения сорбируемых ионов 83

4.2 Атлас решений дифференциальных уравнений динамики сорбции ионов РЬ(II) и Cr(VI) 86

4.3 Сорбция Cr(VI) и РЬ(П) в динамических условиях 90

Выводы 103

Заключение 105

Литература 107

Приложения 115

Системы на основе гидроксидов алюминия и магния

Несмотря на то, что малорастворимые совместно осажденные гидроксиды (СОГ) А1(Ш)- М(П) представляют немалый интерес в качестве собентов, механизм и закономерности их формирования изучены недостаточно. Взаимодействию ионов с гидроксидами металлов в ходе процессов сорбции и соосаждения посвящено значительное число публикаций [73-79]. Представления об этих процессах постепенно трансформировались от сугубо коллоиднохимических к стуктурно-фазовым. В работе [97] изучен механизм образования совместноосажденных систем Mg(OH)2 с гидроксидами Са ; Со ;Zn ;Ni . Гидроксидные системы были исследованы рентгенографически для выяснения структуры продуктов взаимодействия. Изучено влияние размера ионных радиусов катионов на тип твердых растворов замещения при совместном осаждении гидроксидов [97]. В системах Co(OH)2-Mg(OH)2 и Ni(OH)2-Mg(OH)2 благодаря очень близкой величине ионных радиусов катионов (0,78А для Со и 0.74А дляМ и Mg +) образуется непрерывный ряд твердых растворов замещения. Система e-Zn(OH)2-Mg(OH)2 до 75 мол. % Mg(OH)2 дает только ограниченный ряд этих растворов, поскольку размер ионного радиуса катиона Zn (0,83 А ) заметно отличается от такового для Mg .

В системе Са(ОН)2—Mg(OH)2 твердые растворы не образуются из-за большого размера ионного радиуса катиона Са (1,04 А ). Во всех растворах сохраняется кристаллическая структура исходных гидроксидов, однако параметры решетки изменяются закономерно с величиной ионных радиусов катионов. Иная картина наблюдается в системах с Mg(OH)2, где вторыми компонентами являются гидроксиды трехвалентных металлов — алюминия [82], хрома и железа [83]. Эти системы были приготовлены совместным осаждением едким натром из смеси растворов соответствующих хлоридов. При исследовании выяснилось, что слоистая гексагональная решетка построена из упорядоченных слоев Mg(OH)2, между которыми располагаются неупорядоченные слои гидроксидов трехвалентных металлов, причем каждый четвертый слой повторяет первый. Гидроксиды с такой структурой названы «двойными гидроксидами» или «двойными слоистыми структурами», а состав их условно обозначен индексом М4АЬ где М означает гидроксид магния, а А — гидроксид алюминия [82,83]. Параметры решетки «двойных гидроксидов» близки к таковым для индивидуального Mg(OH)2. С увеличением ионного радиуса катиона (от 0,57 А0 для А13+ до 0,67 А0 для Fe +) элементарная ячейка по оси с несколько сжимается, а по оси а расширяется. Согласно [83], структуру «двойных гидроксидов» имеют также системы, состоящие из гидроксидов и других металлов, а именно: Ni-Al, Zn-Al, Cd-Al и Cd-Cr. Однако образующийся в системе гидроксидов Ni-Al продукт назван иначе - гидроалюминатом никеля [99]. Параметр с его слоистой гексагональной решетки закономерно уменьшается от 7,95 до 7,55 А0 при возрастании содержания второго компонента от соотношения 4:1 до 1:1. Ещё больше работ посвящено изучению систем совместно осаждённых гидроксидов алюминия и (II, III) валентных металлов[25,84]. Исследование широкого круга бинарных систем А1(Ш)-М(П) как на стадиях гидролитической поликонденсации, так и на стадиях образования кристаллических осадков позволило установить взаимосвязь между продуктами, формирующимися на этих стадиях, а также классифицировать системы по типам взаимодействия. В работах [82,83] рассмотрено взаимодействие гидроксидов алюминия и М(П), где М(П) - металлы Со(П) и Ni(II). Значения рН начала осаждения гидроксидов алюминия(Ш) и этих металлов различаются (3-4 и 7-7,5-соответственно).

При исследовании процессов гидролитической поликонденсации было установлено, что поликонденсация аква-ионов металлов происходит последовательно: сначала аква-ионов А1(Ш), затем двухвалентного металла. Процесс поликонденсации завершается выпадением в осадок агрегатов ПЧ (первичных частиц) гидроксидов А1(Ш) и агрегатов гидроксокомплексов М(П), где и происходит взаимодействие компонентов с образованием гидроксоалюминатов М(П). Таким образом, в данных системах взаимодействие между компонентами с образованием химических соединений происходит на уровне взаимодействия первичных частиц гидроксидов А1(Ш) и М(И). Учитывая обнаруженное влияние двухвалентного компонента на направление процессов поликонденсации аква-ионов А1(Ш),можно регулировать фазовый состав осадков: изменять количественное соотношение между байеритом и псевдобемитом, равномерно распределять фазы в массе осадка. Полученные результаты позволяют выбрать условия синтеза, когда на стадии поликонденсации преимущественно образуется ПГК(полиядерный гидроксокомплекс) Alp, который далее переходит в псевдобемит. Последний является наиболее распространенным в практике приготовления сорбентов связующим, обеспечивающим образование пластичных масс и гранул с высокими структурно-механическими характеристиками. При этом следует отметить, что если в процессе поликонденсации формируются ПГК А1п, в осадок выпадают ПЧ, состоящие из ПГК А113, а в процессе их перестройки формируется байерит, как и в случае индивидуальной системы А1(Ш). В этих двух системах установлено понижение устойчивости ПГК А1(Ш) вследствие промежуточного взаимодействия алюминия и двухвалентных металлов на стадиях поликонденсации. В результате этого уже в момент соосаждения в нейтральной или слабощелочной среде формируются

Физико-химические методы исследования

При выяснении закономерностей поведения соединений при сорбции встречается много трудностей в связи с отсутствием полных данных об удельной поверхности и пористости гидроксидов, оксидов и систем на их основе, т.е. основных характеристик сорбентов. Существует несколько методов определения удельной поверхности и пористости. В большинстве случаев удельную поверхность определяют на основании определения воздухопроницаемости слоя материала при просасывании через него воздуха или по адсорбции мономолекулярного слоя газа на поверхности частиц материала. Кроме того, удельную поверхность можно определить по данным полного анализа дисперсного состава материала, по сорбции из растворов, по данным определения теплот погружения, хроматографическим способом. Однако последние методы применяются редко. Наиболее широко применимым и хорошо разработанным в теоретическом и практическом отношении является адсорбционный метод, основанный на определении зависимости удельной поверхности адсорбента от ёмкости монослоя относительно молекул адсорбата. Достоинство этого метода в простоте выполнения, достаточной точности, возможности подбора адсорбатов по их химическому составу и молекулярным размерам, позволяющим определить удельную поверхность твёрдых тел с порами любого размера и формы. Теория физической адсорбции монослоя молекул на поверхности твёрдого тела впервые разработана Ленгмюром. Однако в дальнейшем было показано, что она является лишь частным случаем общей теории адсорбции. Она исходит из того, что адсорбция вещества на поверхности твёрдого тела заключается не только в образовании мономолекулярного слоя, но, в известной степени, происходит на поверхности первого и последующих слоев. Уравнение полимолекулярной адсорбции, выведенное Брунауэром, Эмметом и Теллором, имеет вид: Р/ Ег - теплота конденсации, ур -относительное давление, при котором адсорбирован объём газа а. В наших исследованиях удельную поверхность гидроксидов алюминия и магния определяли по низкотемпературной адсорбции азота хроматографическим методом. Метод основан на том, что при температуре кипения жидкого азота происходит сорбция из смеси азот-водород газообразного азота, а при комнатной температуре - его десорбция. Расчёт удельной поверхности проводили по уравнению БЭТ. Емкость монослоя определяли по формуле: где а - угол наклона к оси абцисс, В - отрезок, отсекаемый по оси ординат.

Величину р/р рассчитывали на основе вычисления площадей десорбционных пиков, р - давление насыщенных паров азота, р=835 мм рт.ст. где 4,39 - поверхность,занимаемая I см азота в сплошном монослое, если посадочная площадка молекулы азота равна 16,2 A, q - навеска в г. [9] Для полной характеристики сорбционных свойств необходимо располагать данными об объёме и радиусе пор, распределении их по радиусам. Согласно современным представлениям, скелет многих геле-образных сорбентов образован сферическими частицами, соприкасающимися или слипшимися в местах контакта. При этом строении поры представляют собой пустоты между различным образом упакованными гранулами. Размер этих гранул определяет величину удельной поверхности, плотность упаковки, объём и радиус пор. Если адсорбент имеет кристаллическую структуру,то его порами будут промежутки между плоскостями соприкасающихся кристаллов. Поры в таком случае имеют щелевидную форму. Существует несколько видов классификации веществ по признаку наличия и размеров пор. По Дубинину всё разнообразие пористой структуры твёрдых тел можно разделить на три основные типа пор: макропоры, переходные поры и микропоры. К макропорам относится такая разновидность пор, для которой нижний предел радиусов кривизны можно условно принять 1000-2000 А0, верхний предел может лежать в области от 5000 до 20000 А. Радиусы кривизны переходных пор лежат в пределах 2000-15 А. Максимумы кривых распределения эффективных радиусов лежат в пределах 40-200 А; объём пор - 0,02-0,1 см /г. Для микропор эффективные радиусы меньше 15 А и соизмеримы с размерами молекул. В данном случае при адсорбции наблюдается не послойное, а объёмное заполнение пор. Существует несколько методов приближённой оценки суммарной пористости, но наибольшее распространение получил метод ртутной порометрии. Метод основан на свойстве ртути не смачивать многие пористые тела и заключается в том, что при повышении давления ртуть заполняет поры с меньшими радиусами. Связь между внешним давлением и капиллярным сопротивлением в порах твёрдого тела описывается уравнением: FP=-na cos в (7) где F - поверхностное натяжение, П - периметр поры, в- угол смачивания. Преобразуя данное равенство получили уравнение для определения эквивалентного радиуса: Пористую структуру гидроксида алюминия исследовали на ртутно-порометрической установке П-5, которая состоит из поромеров низкого и

Экспериментальные ИК-спектры синтезированных систем на основе гидроксидов алюминия и магния

Поскольку полученные осадки невозможно в полной мере идентифицировать по данным рентгенофазового анализа, был использован метод ИК-спектроскопии. ИК-спектры поглощения синтезированных образцов сняты в области частот 400-4000 см"1. Метод ИК-спектроскопии является одним из важнейших методов исследования химических соединений. Он с успехом применяется при изучении химических соединений. На основании этого метода важно сделать вывод о возможности разделения в ИК-спектрах ОН-группировок по их деформационным колебаниям. Частоты деформационных колебаний молекул воды и гидроксильных групп гидроксидов (а эти группировки атомов в составе гидроксидов нас и интересуют прежде всего) всегда остаются в пределах от 1680-1590 см"1 и от 1500 до 600 см"1 соответственно. На основании излучения спектра валентных колебаний, говорящих о межмолекулярном взаимодействии, а также дающих возможность находить энергию водородной связи и ее длину, мы получили более полную информацию о синтезированных гидроксидах. Следовательно, ИК-спектроскопия представляет собой прямой метод, позволяющий судить о природе гидроксидов металлов.

В ИК-спектре индивидуального гидроксида магния имеются следующие полосы поглощения: сильная узкая полоса в области валентных колебаний групп ОН с хорошо выраженным максимумом при 3650 см"1 отвечает валентным колебаниям связи ОН, не возмущенным водородными связями, полоса при 860 см"1 представляет собой деформационные колебания групп ОН гидроксида магния, полоса колебания связи М-0 проявляется слабо при 400 см" . В спектре индивидуального гидроксида алюминия в области валентных колебаний групп ОН наблюдается сильная размытая полоса поглощения в области 3420 см"1. Сдвиг полосы в низкочастотную область говорит о наличии водородной связи. Полоса поглощения при 1570 см 1 может быть отнесена к деформационным колебаниям воды. Полосы при 1020 и 735 см" вызваны плоскими деформационными колебаниями гидроксильных групп оксогидроксида алюминия. Связь Al-O при 530 см 1 дает слабую полосу поглощения. В ИК - спектрах СОГ алюминия и магния в области валентных колебаний связи - ОН наблюдаются две полосы поглощения, одна из которых узкая при 3640-3610 см" отвечает валентным колебаниям связи -ОН не возмущенным водородными связями, а другая, широкая, в области 3460-3430 см 1, валентными колебаниями ассоциированных гидроксилов оксогидроксида алюминия. Полоса при 1570 см"1 отвечает деформационным колебаниям воды, полосы при 1020, 860 и 735 см"1 вызваны деформационными колебаниями групп ОН гидроксидов. Связь М-О дает слабые полосы поглощения при 530, 450 см"1. Введение в состав продукта 20; 50; 80% магния смещает полосу валентного колебания гидроксила, соответственно на 290, 310, 330 см"1. Таким образом, ИК-спектроскопическое исследование СОГ показали наличие деформационных колебаний гидроксильных групп, что позволяет отнести их к истинным гидроксидам. у і Так, введение в состав продукта большего количества ионов А1 приводит к более сильному смещению полосы валентного колебания гидроксила в низкочастотную область и слабое проявление связи А1-0 позволяет говорить о структуре гидроксида с большим количеством ассоциированных молекул, обобщение которых происходит за счет водородной связи.

Особенностью ИК спектров образцов, полученных соосаждением в системах, является подавление полосы поглощения v0H в составе СОГ(А1-20%), свойственной Mg(OH)2. Введение в состав большего количества А1(Ш) приводит к образованию водородной связи. Измерение относительного смещения частоты валентного колебания ОН групп (Av()ff) дает возможность определить длину и энергию водородной связи, так как установлено, что величина относительного смещения пропорциональна энергии водородной связи .Энергия водородной связи была оценена по формуле Соколова: vOH -частота валентных колебаний гидроксилов в изолированной молекуле, равная 3750 см 1. AvOH -смещение этой полосы под действием водородной связи. р -коэффициент пропорциональности, /„ = 0,016. Д -энергия диссоциации ОН связи в изолированной молекуле. Как показали расчеты, значения энергии водородной связи приблизительно равны: для образца содержащего 20% А1(Ш)-20,3-103 Дж/моль, для образца содержащего 50% А1(Ш)- 21,8-103 Дж/моль, для образца содержащего 80% А1(Ш) - 23,1-10 Дж/моль. Известно, что образование сильных водородных связей препятствует внедрению частиц большого размера в межслоевые пространства структуры сорбента, что снижает его сорбционные свойства. Наиболее общей характеристикой сорбента является величина его удельной поверхности, определяемая суммарным объемом и размерами пор, или в общем виде-функцией распределения объема пор по их размерам. Величину удельной поверхности определяли по низкотемпературной адсорбции азота хроматографическим методом анализа с последующей обработкой полученных данных по уравнению БЭТ. Известно, что на величину удельной поверхности существенное влияние оказывает предварительная термическая обработка сорбента. Широкое использование в промышленности пористых веществ в качестве адсорбентов вызывает необходимость глубокого всестороннего изучения их структуры и целого ряда физико-химических свойств, а также кинетических, термодинамических характеристик процессов с их участием.

Наряду с изучением классических сорбентов все большее значение приобретает для этих целей применение гидроксидов металлов. Определение удельной поверхности как интегральной характеристики превращений на межфазовой границе вода - гидроксид является одной из важнейших характеристик свойств сорбента. Для определения величины удельной поверхности пористых порошковых тел применяют адсорбционные методы исследования, отличающиеся большой точностью. Чаще всего для характеристики структуры пористых тел применяют метод Брунауэра, Эммета и Теллера, так называемый метод БЭТ [112]. Эти авторы развили теорию многослойной адсорбции и предложили уравнение, которое позволяет вычислить удельную поверхность адсорбентов. Вывод уравнения основан на том предположении, что энергия адсорбции не зависит от числа адсорбированных молекул и что условия испарения во всех слоях, начиная со второго, одинаковы и такие же, как для нормальной жидкости. Уравнение имеет вид: Р/ Где am - количество адсорбата, соответствующее покрытию поверхности мономолекулярным слоем. (V2 / С = е /ю - энергетическая константа, где Е) - средняя теплота адсорбции в первом слое, Е2 - теплота конденсации паров. Удельную поверхность (м /г) рассчитывали по формуле: S = amNW0 (17) Где ат - величина адсорбции пара, соответствующая молекулярному покрытию поверхности адсорбента; N- число Авогадро; Wo - площадь, занимаемая одной молекулой в мономолекулярном слое. Величину этой площади находят из ван-дер-ваальсовых размеров приводит к спеканию первичных частиц и, следовательно, к уменьшению удельной поверхности. Для объяснения процессов, протекающих на поверхности твердого тела, важное значение имеют размеры его пор, так как они влияют на скорость диффузии исходных реагентов и продуктов реакции и обусловливают доступность внутренней поверхности сорбента.

Для определения пористости использована ртутнопорометрическая установка, состоящая из комплекса поромеров низкого и высокого давления. Сорбционные методы позволяют охарактеризовать структуру сорбента в области микро- и переходных пор. В диапазоне макропор эти методы не дают удовлетворительных результатов, что связано с чрезвычайно медленно устанавливающимся в этой области адсорбционным равновесием [9]. Изучение макропористости возможно с помощью метода ртутной порометрии [9]. Он основан на явлении капиллярности и позволяет рассчитывать структурные характеристики адсорбента, руководствуясь давлением, при котором поры соответствующих радиусов не смачиваются жидкостью (ртутью). Каждому значению радиуса заполняемых ртутью пор адсорбента, а следовательно, их объему, соответствует определенное значение равновесного давления. Получаемые на основании зависимости объема вдавленной ртути от приложенного давления интегральные и дифференциальные структурные кривые позволяют определить интегральный и дифференциальный объем пор для любого интервала радиусов в пределах макро- и переходных пор.

Атлас решений дифференциальных уравнений динамики сорбции ионов РЬ(И) и Cr(VI)

Решением задачи динамики сорбции занимались много исследователей (М.Д. Минц, Г.А. Аксельруд, П.П. Золотарев, Розен). Однако, нами использованы решения, приведенные Е.Г. Петровым. Это связано с тем, что по предложению Е.Г.Петрова численные решения системы дифференциальных уравнений, полученные этим методом, можно представить графически в виде атласа решений, который удобно использовать в технологических расчетах. Предварительно введем безразмерные переменные: безразмерную концентрацию ионов свинца в жидкости (28) безразмерную глобальную концентрацию ионов в слое _ а (29) безразмерную локальную концентрацию ионов свинца в сорбенте glS) = (i-)«(S о а, (30) безразмерную толщину слоя сорбента (31) безразмерный радиус слоя в зерне сорбента _ г Р 1, (32) безразмерный коэффициент распределения (коэффициент Генри) Г = - (33) безразмерную продолжительность сорбционного процесса г , (34) безразмерный критерий, характеризующий относительный вклад внешнедиффузионного и внутридиффузионного маосоперенооа (критерий Био) Н = PR2 Df (35) Согласно Е.В.Веницианову, при некоторых упрощающих допущениях после преобразований система дифференциальных уравнений, полученная в предыдущем разделе, вместе с начальными и граничными условиями может быть представлена в безразмерном виде: г { К ах зт dq(S) 1 д др дТ я/ др q = 3\q{S)p2dp о Граничные условия: О др dqlS) Р=0 г=\ др y = cQ-1f-l[qlS)a0{l-&-l)j(p,T) = l Начальные условия q(X,0) = qiS\p,X0) = 0\r__Q х=о (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) Для линейной изотермы (или для линеализированного участка изотермы) граничные условия при р = 1 принимает вид = - дР 3 . (43) В этом случае система уравнений в целом становится линейной. Для решения этой системы применило преобразование Лапласа по переменной Т по формуле СО hp) = p\e-pTf{T)&T, (44) о где / (Т) - оригинал; /(р) - изображение. Изображение для функции U имеет вид д/HpchyjНр - sh- Hp Л. / / Hi Hpch-yJHp +sh JHp + — sh JHp U - ехр (45) Оригинал является численным методом, предложенным

Коузими. В основе этого метода лежит представление оригинала тригонометрическим рядом вида 2ЛЧ1 7777 и = ел Yb„sm—Т 2S (46) где S - правая граница области изменения времени (O T S); Х- специальный параметр, обеспечивающий достаточную точность вычислений, имеющую порядок exp(-A,S). Коэффициенты bn вычисляются по формуле К = Дгк ехр(-/Ш„)cosВ„НХ-Яехр(-/Ш„)sinBnHX-v„ ехр(-ЯДГ)] Sr (47) где _ тг V" = 2S А _c„e„+djn K+fn e d —с f Г} п п nJn Вп = о 7Г e„+f„ с„ = a„U„ cos Д, - Д,V„ sin Д, - V„ cos Д dn = -a„V„ sin Д, -pnU„ созД, +Un sin Д en = anun csPn - P„Vn sinP« ГК C0SPn f„ = -a„V„ smP„-p„Un cos Д -yU„ 5ІпД„ а„= гй+Л)/2 Рп=4{гп-Х)І2 г = і-н/з U„=l + exp(-2an) К =l-exp(-2a„) Для расчета по этим зависимостям составлена программа FAVORIT на языке TURBO-PASCAL, которая приведена в приложении. Расчет по этой программе дает в численном виде зависимость U = Fx(X,T,H)m (48) Если брать различные постоянные значения критерия Био Н, то можно получить набор выходных кривых вида U = F(X, Т) при я = const (49) которые удобно представить в билогарифмических координатах. Совокупность этих графиков от Н=1 до Н=100 представляет собой атлас решений задачи динамики сорбции в смешанно-диффузионной области кинетики. Как показали исследования, сорбция исследуемых ионов хрома и свинца на синтезированных сорбентах происходит в диапазоне значений Н от 2 до 7. Эта часть атласа решений задачи динамики сорбции приведена в приложении и будет необходима для анализа результатов экспериментальных исследований и технологических расчетов. 4.3 Сорбция Pb(II) и Cr(VI) в динамических условиях

Реальный процесс очистки стоков идет не в статических, а в динамических условиях, а именно путем фильтрования через плотный слой адсорбента. Поэтому целью данных исследований было выявление возможностей адсорбента для извлечения ионов свинца(П) и Cr(VI) с использованием моделирования. Схема опытной фильтровальной установки состоит из медицинского дозатора емкостью їли фильтровальной колонки диаметром 20 мм и длиной 400 мм, укрепленной на штативе. Колонка загружалась сорбентом с заданной толщиной слоя 1 и установленном ранее диаметром зерен dCP=2,5-3 мм Производилось фильтрование модельного стока, содержащего исследуемые ионы с заранее определенной концентрацией. Саморегулирование скорости фильтрования обеспечивалось за счет автоматического поддержания постоянного напора в медицинском дозаторе. Пробы фильтрата для анализа отбирали через каждые 20 минут и определяли концентрацию РЬ(И) и Cr(VI) и рН фильтрата. Концентрация ионов определялась концентрационным фотоколориметром КФК-2, а величина рН измерялась рН -метром. Погрешность результатов экспериментальных исследований оценивалась методами определения отклонений при прямых измерениях , и находилась в пределах 10% для РЬ(П) и 9% для Cr(VI). В первой серии опытов толщина слоя адсорбента составляла 1=200мм. Скорость фильтрования принималась Уі=2м/ч, У2=3м/ч, У3=4м/ч. Отбор фильтрата проводили каждые 20 минут. Эффективность очистки стоков во времени оценивалась уровнем прос-коковой относительной концентрации ионов свинца в фильтрате, которая определяется отношением

Похожие диссертации на Неорганические сорбенты на основе гидроксидов металлов и их систем