Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 5
1.1. Сравнительная характеристика методов очистки сточных вод 5
1.2.. Сорбция на цеолитах 9
1.3, Синтез цеолита NaA 14
1.4. Приготовление сорбентов 16
1.4.1. Измельчение и мехапохимическая активация исходного сырья 17
1.4.2. Экструзионное формование 25
1.5. Выводы и постановка задач исследования 37
2. Экспериментальная часть 40
2.1. Препараты и реактивы. Методики приготовления образцов 40
2.2 Приборы и методы исследований 42
2.3 Математическая обработка экспериментальных данных 43
3. Синтез материалов для приготовления сорбентов на основе цеолитов сложной геометрической формы с использованием мехапохимических методов 50
4. Приготовление и свойства сорбента на основе цеолита NaA 74
4.1. Экструзионное формование сорбента на основе цеолита NaA 76
4.2. Свойства и испытания сорбентов на основе цеолита NaA 88
5. Основы механохимической технологии производства поглотителей для очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов
Выводы
- Измельчение и мехапохимическая активация исходного сырья
- Выводы и постановка задач исследования
- Математическая обработка экспериментальных данных
- Свойства и испытания сорбентов на основе цеолита NaA
Введение к работе
Сброс сточных вод, содержащих катионы Си, Cd, Ni, Fe, Zn, Cr и др., как непосредственно в водяные объекты, так и через систему промышленной канализации, наносит значительный ущерб окружающей среде, наряду с прямым воздействием, они резко снижают эффективность работы биологических очистных сооружений [I].
На данный момент для очистки сточных вод от катионов тяжелым металлов вес большее применение находят сорбционные методы очистки. В качестве сорбентов все чаще используются алюмосиликаты различного состава и происхождения (а именно, природные глины, каолиниты, бентониты, цеолиты и т.д.). Это обусловлено не только доступностью, дешевизной сырья, развитыми сорбционными и ионообменными свойствами, но и хорошей формуемостыо систем па их основе[2]. Однако, в связи с тем, что алюмосиликаты природного происхождения характеризуются непостоянством химического и минералогического состава, присутствием примесей, это отрицательно сказывается на их сорбционной емкости. По этой причине предпочтение отдается синтетическим материалам, в частности и цеолитам [3-6]. Особенности химического состава и структуры кристаллической решетки которых обеспечивают им развитые адсорбционные и ионообменные свойства. Это позволяет широко использовать их в катализаторных производствах, в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей и газовой отраслях промышленности, а также для очистки стоков гальваничесісих производств от ионов металлов, природного газа от сернистых соединений и эти л меркаптанов, для осушки масел, газа, воздуха, хладагентов, а также для разделения смесей углеводородов и сорбции радионуклидов.
Существующие ныне методы синтеза цеолитов заключаются либо в соосаждении цеолитов из растворов, либо в термической активации алюмосиликатного сырья, с его последующей гидротермальной кристаллизации, и сопряжены с образованием большого количества сточных вод, характеризуются сложностью и длительностью технологического процесса [4-6], Кроме того, цеолиты не поддаются экструзионному формованию, а выпускаемые промышленностью сферические гранулы, характеризуются низкой механической прочностью (2—4 МПа). Следователь, весьма интересной представляется задача синтеза цеолитов с использованием методов механохимической активации, и создания на их основе адсорбентов.
Целью работы является: а) создание рационального технологического режима синтеза цеолитоподобных структур с применением методов механохимической активации; б) разработка основных технологических операций получения сорбентов на основе цеолитов. Для решения поставленной задачи необходимо:
1) изучить процесс механохимического синтеза структур типа цеолит из различных видов сырья а мельницах с ударно-сдвиговым характером нагружения;
2) исследовать физико-химические свойства полученных соединений;
3) определить влияние связующего на формуемость систем, предназначенных для получения сорбентов сложной геометрической формы;
4) изучить физико-химические и эксплутационные характеристики синтезированных сорбентов, возможность регенерации и утилизации отработанных сорбентов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением в рамках ИГХТУ «Гетерогенные и гетерогенно-каталитические процессы на основе дисперсных металл ооксидных систем», а также тематическим планом НИР, выполняемым по заданию Министерства образования РФ №1.1.00.
Выражаю глубокую благодарность за оказанную помощь в подготовке диссертационной работы кандидату технических наук, доценту кафедры ТНВ ГОУВПО ИГХТУ Прокофьеву Валерию Юрьевичу.
Измельчение и мехапохимическая активация исходного сырья
Одной из основных стадий при производстве большинства сорбентов и катализаторов является процесс измельчения исходного сырья, потому как скорость химических реакций, интенсивность большинства технологических процессов, однородность смешения компонентов, а также условия гранулирования напрямую связаны с величиной удельной поверхности твердого вещества и с размером частиц [15]. Таким образом, комплексное исследование процесса измельчения и механохимической активации дает возможность не только объяснить наблюдаемые явления, но и целенаправленно получать продукты с заранее заданными свойствами.
В процессе подведения к измельчаемому материалу механического импульса энергия расходуется на придание частицы кинетической энергии, нагревание вследствие трения и создание на поверхности частицы поля напряжений [55-59]. Происходит последовательное дробление мелющими телами его частиц на более мелкие, что приводит к росту поверхности соприкосновения между частицами. При этом повышается скорость взаимодействия между компонентами твердофазной системы, которая, как известно, зависит от скорости диффузии веществ через места контактов между частицами и, следовательно, от факторов, определяющих число контактов: равномерности распределения фаз в исходной смеси, плотности упаковки частиц и соотношения их размеров. Естественно, что чем мельче частицы, тем больше точек соприкосновения между ними и соответственно больше скорость их взаимодействия [55].
Следует отметить, что уменьшение размеров частиц при измельчении происходит лишь до некоторого предельного значения, после которого начинается обратный процесс- агрегирование. Агрегация частиц при любом способе помола приводит к тому, что в процессе измельчения наступает динамическое равновесие, и можно говорить о предельно достигаемой величине какого-либо измеряемого параметра измельчаемого сырья [55, 60-62].
Приведенная ниже схема иллюстрирует пути возникновения и превращения активных неравновесных состояний, возникающих при механических воздействиях на твердые тела (рис, 1.2) [63].
Каждому из каналов превращений энергии соответствуют свои определенные носители избыточной энергии с конкретной электронной структурой, химическим строением, реакционной способностью и механизмами релаксации. Каждое состояние характеризуется определенным энергетическим выходом и временем жизни.
На характер превращений энергии влияют не только свойства измельчаемого материала, на так же и характеристики диспергирующего оборудования. После того как на поверхности частицы образовалось некое поле напряжений, оно начинает релаксировать. При этом возможны несколько путей релаксации [64-6б]:механическая энергия рассеивается в виде тепла;
1) при достижении полем напряжений некоторого значения по энергии, результатом может быть образование трещины и релаксация с образованием новой поверхности;
2) релаксация через пластическое течение кристалла (перемещение точечных дефектов, движение дислокаций, изменение концентраций тех и других, при этом происходит изменение в химических свойствах);
3) релаксация напряжений с разрушением кристаллической структуры и аморфизация, при этом изменения столь глубоки, что можно говорить о новом веществе Следует отметить, что кроме процесса диспергирования при измельчении сырьевых компонентов в мельницах наблюдаются процессы механохимической активации, проявляющиеся в накоплении в кристаллах дефектов различного рода в объеме и активных состояний на поверхности кристалла, которые, как известно, оказывают существенное влияние на реакционную способность твердых тел [55, 65, 66]. Механическая обработка твердых веществ (предварительная или в момент проведения реакции), является одним из методов физического стимулирования химических процессов [66].
Влияние механической активации на протекание самых разнообразных процессов отмечается многими авторами. Так, использование активации позволяет снизить температуру начала твердофазной реакций, уменьшить энергию активации, увеличить степень превращения и скорость реакций в процессе термического синтеза различных соединений, например, кордиерита и титаната алюминия [67-75], проводить нетермические фазовые переходы, повысить глубину и скорость процесса растворения [76]. Изменить некоторые физические свойства, синтезировать неизвестные раннее соединения, являющиеся перспективными системами, либо их предшественниками, улучшать качество готовых сорбентов и катализаторов [76-80]. Одним из примеров влияния процесса измельчения на свойства веществ, может служить механическая обработка цеолитов. Авторы работ [80-82] отмечают существенные изменения адсорбционных и каталитических свойств активированных цеолитов, по сравнению с необработанными образцами. Ими установлено, что после измельчения образцов происходит деформирование их кристаллической структуры, за счет этого раскрываются ранее недоступные полости, содержащие ОН-группы. Эти изменения в структуре приводят к увеличению удельной поверхности цеолитов, росту концентрации бренстедовских кислотных центров и, как следствие, к улучшению их реакционной способности.
Решающее влияние на эффективность диспергирования и активации оказывают условия проведения процесса: температура, среда, присутствие поверхностно-активных веществ (ПАВ) [55, 65, 83],
Наиболее простым и доступным способом интенсификации процессов диспергирования и активирования является использование незначительных количеств поверхностно-активных веществ. Кроме того, введение данных добавок может создать более благоприятные условия для получения формовочных масс, обладающих оптимальными для экструзии свойствами. Следует отметить, что под ПАВ, согласно Ребиндеру [83], понимается любое вещество, способное изменять поверхностную энергию системы, а целью механохимии является использование или предотвращение тех химических ч реакций, которые вызываются или ускоряются механической активацией. Действие добавок ПАВ при механохимической активации объясняется, прежде всего, тем что, адсорбируясь на поверхности обрабатываемого материала, они уменьшают его поверхностную прочность и энергию кристаллической решетки [83, 84]- Следовательно, для возникновения и развития трещины требуется значительно меньший подвод энергии, и вероятность раскола кристалла становится более высокой. После раскола кристалла вновь образовавшаяся поверхность адсорбирует новый слой молекул ПАВ, тем самым, уменьшая поверхностную энергию. Этот процесс позволяет в V значительной мере стабилизировать дисперсную систему, предотвращая агрегирование [85].
Выводы и постановка задач исследования
Анализ имеющихся литературных данных позволяет сделать вывод, что из всех рассмотренных выше методов очистки сточных вод наиболее перспективным является способ очистки на твёрдых сорбентах, т,к, обладает высокой эффективностью, позволяет чистить воды, содержащие несколько веществ, и последние в дальнейшем рекуперировать [16-19]. Наиболее приемлемым материалом для извлечения катионов тяжелых металлов из сточных вод являются цеолиты. Данный выбор обусловлен тем, что цеолиты характеризуется развитой пористой структурой, селективностью, сродством по отношению к данным ионам и высокой сорбционной ёмкостью [3].
Применяемые на данный момент в промышленности методы синтеза цеолитов характеризуется достаточно сложной технологией, качественные показатели полученных цеолитов, хотя они и соответствуют техническим условиям, не достаточны при использовании на очистных установках- Кроме того, использование в процессе синтеза растворов приводит к образованию большого количества сточных вод.
В этой связи весьма интересным представляется способ получения цеолитов в процессе механохимической активации исходного сырья, что в значительной степени упростило бы технологию производства, и повысило бы его экологическую чистоту.
Установлено [59], что для активирования сырья наиболее эффективными являются мельницы с ударно-сдвиговым характером нагружения, т.к. в таких типах мельниц кроме измельчения можно добиться существенной активации сырья, благодаря истирающему действию мелющих тел, В качестве же исходного сырья наиболее предпочтительно использовать гидратированные оксиды [91, 92, 95, 96].
С другой стороны, авторами ряда работ [58, 65, 80] отмечается, что применение методов механохимии ведет к образованию дефектной структуры и, следовательно, позволяет повысить химическую активность твердой фазы. Таким образом, использование методов механохимиии для синтеза цеолитов, предоставляет возможность улучшения сорбционной способности цеолитов, снижение количества технологических стадий приготовления цеолитов, уменьшение количества сточных вод (процесс синтеза протекает непосредственно с твердой фазе).
В этой связи в предлагаемой работе должен быть проведен комплекс исследований, направленных на разработку основ механохимической технологии приготовления сорбентов сложной геометрической формы на основе цеолитов. Для решения поставленной задачи считается необходимым выяснить ряд важных вопросов: 1) изучить возможность механохимического синтеза цеолитов из различных видов сырья в мельницах с ударно-сдвиговым характером нагружения; 2) определить основные структурно-механические и реологические свойства формовочных масс на основе цеолитов, и их соответствие оптимальным параметрам для экструзии качественных сорбентов сложной геометрической формы. Исследовать возможность и дать рекомендации по регулированию структурно-механических и реологических свойств формовочных масс при помощи различных методов. 3) установить физико-химические и эксплутационные характеристики синтезированных сорбентов; 4) рассмотреть возможность регенерации и утилизации отработанных сорбентов. 5) Основываясь на проведенном комплексе исследований, выбрать рациональную схему производства сорбентов на основе цеолитов, предназначенную для очистки сточных вод от катионов тяжелых металлов и определить оптимальные режимы технологических операций»
В работе использованы следующие химические реактивы и промышленное сырье: Гидроксид алюминия, А1(ОН)3, ч., ГОСТ 11841-76. Оксид кремния, Si02, ГОСТ 9428-73. Гидрокремнегель, Si02- пН О, ГОСТ 4214-78. Силикат натрия, Na2Si03- 5Н20, ГОСТ 4239-77, ч. Соляная кислота, НС1, ГОСТ 3118-77, х.ч. Нитрат меди, Cu(N03)2- 6Н20, ТУ 6-09-3757-82, х.ч. Нитрат цинка, Zn(N03)2- 6Н20, ГОСТ 5106-77, х.ч. Нитрат железа, Fe(N03)3- 9Н20, ГОСТ 4111-74, х.ч. Нитрат кадмия, Cd(N03)2- 4Н20, ГОСТ 6262-79, х.ч. Хром уксусно-кислый, Сг(СН3С02)3, ГОСТ 5831-77, ч. Нитрат никеля, Ni(N03)2- 6Н20, ГОСТ 4055-70, ч. Способы синтеза цеолитов
1. Способ получения цеолита типа NaA с использованием в качестве исходного сырья смеси Na2Si03-5H20, А1(ОН)3, Si02-nH20 по суммарной реакции: Na2Si03-5H20+2Al(OH)3+ 2Si02nH20 -Na20Al2O3-2SiO2(8+2n)H2O (2.1)
Гидроксид натрия, гидраргиллит и силикагель (соотношение компонентов соответствует стехиометрии реакции получения данного цеолита) подвергали совместной механохимической активации в ролико кольцевой вибромельнице в течении 30 минут. Полученный образец прокаливали при температуре 450С в течение 3 часов.
2. Способ получения цеолита типа NaA с использованием в качестве исходного сырья смеси Na2SiOr5H20, AI(OH)3, Si02 по суммарной реакции: Na2SiOr5H20 + 2А1(ОН)3 + Si02- Na20-Al2Or2SiOr8H20 (2.2) Синтез цеолита осуществляли аналогично способу L
3. Способ получения цеолита типа NaA с использованием в качестве исходного сырья смеси NaOH, А1(ОН)3? Si02-nH20, по суммарной реакции; 2NaOH+2Al(OH)3+2Si02nH20- Na20 Al203 2Si02 4H-2n)H20 (2.3) Синтез цеолита осуществляли аналогично способу 1.
4. Способ получения цеолита типа NaY с использованием в качестве исходного сырья смеси Na2SiCV5H20? А1(ОН)3, Si02-nH20 по суммарной реакции: Na2Si03-5H2O+2Al(0H)3+5.8Si02nH20 Na20Al2O3-5.8Si02 6 5,8n)H20 (2.4) Синтез цеолита осуществляли аналогично способу
Математическая обработка экспериментальных данных
Измельчение и механическую активацию сырьевых компонентов осуществляли в ролико-кольцевой вибромельнице VM-4 , частота колебаний 930 мин , энергонапряженность 5,4 кВт/кг,
Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ проводили на дифракгометре ДРОН-ЗМ с использованием Си (Х= 0Л5405 нм) излучения. Стандартный графитовый монохроматор устанавливался на первичном рентгеновском луче [152, 153]. Идентификацию соединений осуществляли по межплоскостным расстояниям в сравнении с литературными данными [3, 154, 155].
Размер окон в кристаллической структуре цеолита определяли по данным малоуглового рассеивания согласно рекомендациям [156, 157]. Дифференциальный термический анализ проводили на дериватографе Q-1500D (фирма MOM). Скорость нагрева образцов на воздухе составляла 5 и 10 С/мин. ИК-спектры образцов, спрессованных с КВг в 0.5%-м разведении, получали на ИК-спектрометре "AVATAR 360 FT-IR" (фирма «Nicolet») в области 400-1250 см" . Идентификацию полученных образцов проводили путем сравнения с литературными данными [3]. Количественную обработку ИК-епктров проводили по характеристическим пикам согласно рекомендациям [158].
Химический состав алюмосиликатных соединений определяли в соответствии с ГОСТ 3594.1-93,3594, 3-93 и 3594.5-93 [159-161]. Контроль оптимальной формовочной влажности вели по логружению конуса на коническом пластометре конструкции П.А- Ребиндера [120]. Реологические свойства формовочных масс исследовали на пластометре с параллельно смещающейся пластинкой конструкции ДМ- Толстого [126] и ротационном вискозиметре RHEOTEST 2-50 Hzyp RV 2 в диапазоне скоростей 5+4960 с [162].
Определение катионов Cu2\ Zn2\ Fe3+, Cd2+, Cr3+, Ni2+ в растворе при раздельном существовании вели в соответствии с методиками, описанными в [163, 164]. В совместном присутствии данные катины определяли с помощью атомно-адсорбционной спектроскопии на приборе SATURN. Механическую прочность, пористость, водопоглощение сорбентов определяли по стандартным методикам в соответствии с рекомендациями [165]. Определение размера окон в кристаллической структуре цеолита Значение размера окон в кристаллической структуре цеолита определялись с помощью формулы Гинье из угловой зависимости интенсивности . 1(e) [156, 157]./(я) = /е(с)ЛГи2е зл2 (2.6) где /-интенсивность; є- угол рассеяния; N - число рассеивающих частиц; п — число электронов в рассеивающих частицах; Я - длина волны излучения; RQ -радиус рассеивающих частиц.
Определение оптимальной формовочной влажности Значение оптимальной влажности формовочной массы было определено из зависимости пластической прочности {Рщ) от влажности {W) (рис. 2.1.) согласно рекомендациям [126]. Пластическая прочность определяется по і _ Fcosa/2 cos2 a/2-ctga/2 F ґ n, формуле: Pm =rc h h = pr, (2.7) cos a tga/2 где F- общая вертикальная нагрузка на конус, а- угол при вершине конуса, h x r cos2 a/2 Ctgtx/2 глубина погружения конуса в формовочную массу. Величина п является значением безразмерного коэффициента К , который зависит только от угла при вершине конуса а и имеет значения для конуса в 30 11.09, в 45-6,58, в 901.59 м/с2 [166]- Таким образом: Ka-F
Расчет упруго- вязко- пластичных свойств по кривым развития деформаций
Структурно-механические характеристики были рассчитаны по кинетическим кривым развития деформаций є (т) и служили для проведения полного структурно-механического анализа дисперсных систем и получения информации об упруго- вязко- пластических свойствах и устойчивости дисперсных структур формовочных масс. Значения деформаций были отнесены к Р= 20- 104 Па и т 1000 с [120, 166], Расчетные формулы для структурно-механических констант имели вид: Значение (de Z dijp p находили по наклону конечного участка кинетической кривой, соответствующего пластическому течению массы. На основании полученных значений констант рассчитывали структурно-механические характеристики: - эластичность X = — —- . 2Л 2 Е1+Е2 -пластичность П —Ю- 2.13 .. - период истинной релаксации Э = — , 2.14 ЕГЕ0 где: Е = — -——-равновесный модуль. Е1+Е2 По сумме относительных упругих е 0, эластических zL и пластических е -т деформаций и по доле каждой из этих деформаций в сумме определяли к какому из 6-ти структурно-механических типов по СП, Ничипоренко относится данная формовочная масса [100, 106, 120, 126].
Определение реологических свойств на ротационном вискозиметре Исходными данными для определения реологических свойств массы служили полные реологические кривые течения в координатах скорость сдвига (у)- напряжение сдвига (Р) и эффективная вязкость (т )- скорость сдвига (у) [137].
Для твердообразных вязко-пластичных жидкостей характер кривой течения у= f(P) представлен на рисунке 2.2. Здесь площадь N- соответствует полной мощности, затрачиваемой на течение массы в вязко-эластичном режиме, а площадь A N- мощность, затрачиваемая на разрушение дисперсной (коагуляционной) структуры системы [125? 167, 168].
Эффективная вязкость ц (у) подобных жидкостей может быть [у - аппроксимирована с помощью "степенного закона Оствальда" [123, 169]: 1 (У = К Ы»-1, (2.15) где у - скорость сдвига, п- индекс течения, щ - константа консистенции. Определение механической прочности. Гранулы в количестве 10-20 штук, не содержащие видимых дефектов, шлифовали, добиваясь параллельности торцевых граней. Подготовленные гранулы испытывали на гидравлическом прессе при нагружении на торец до ±У полного разрушения. Расчет данных вели согласно правилам обработки групповых равноточных в совокупности измерений по методу доверительных интервалов [170, 171]. Формула для вычисления механической прочности: N-F, Р = —±9 2Л6. где N - среднее арифметическое величин делений по .манометру при разрушении гранул, определенное для соответствующего доверительного интервала, Fj- площадь сечения плунжера пресса; 2 - площадь сечения гранулы.
Свойства и испытания сорбентов на основе цеолита NaA
Испытания предлагаемого сорбента были проведены и на реальных стоках АО « Красная Талка» (г. Иваново) и АО «Автокран» (г. Иваново), отобранных из разных мест. Результаты испытаний сорбента, полученного на основе цеолита типа NaA и глины, взятых в массовом соотношении 1:1 на стоках АО «Автокран», представлены в таблице (табл.4.9). В данном случае рассматривались два стока. Первый отбирали перед подачей воды на реагентную очистку, а второй после нее. Очистка сточных вод на данном предприятии от катионов металлов проводится с помощью коагулянта, в качестве которого используется гидроксид железа (II). Анализ стоков отобранных после реагентной очистки показывает, что они не соответствуют ПДК на сбросе в канализацию (за исключением показателей по катионам Zn2+ и Fe3+) (табл. 4,9). Так, по катионам Cd2 и Ni2+ концентрация стоков в 3 раза выше ПДК, а по катионам Си2+ и Сг3+ в 7 и 30 раз соответственно.
В связи с тем, что рН стоков на АО «Автокран» равна 8, перед предлагаемой сорбционной очисткой воду подкисляли до рН-4, добавляя в нее концентрированную соляную кислоту, т.к. хорошо известно, что сорбция большинства рассматриваемых катионов протекает в кислых средах. Как показывают испытания (табл.4.9) наибольшая степень очистки для обоих стоков наблюдается при сорбции катионов железа и составляет 82-..90 мас.%. хуже всего данный сорбент извлекает из растворов катионы кадмия (степень очистки 13...33мас.%). Очистка стоков от катионов Сг3 , Zn2+, Cu2+ и Ni2_b идет примерно одинаково на 55.-.65 мас,%. Следует отметить, что предложенный нами метод сорбционной очистки стоков более эффективен, чем применяемая в настоящее время на предприятии очистка с помощью коагулянта.
На АО «Красная Талка» очистка стоков производилась только от катионов меди (щелочные стоки предварительно подкисляли до рН=4). Пробы воды отбирались из 3 цехов; отбельного, красильного и печатного. Результаты испытаний представлены в таблице 4Л0, откуда видно, что очистка стоков от катионов Си2+ происходит примерно на 80-95 мас,%.
В процессе применения сорбционной очистки стоков на АО «Красная Талка» снижение платежей за выбросы за счет данного внедрения составит 6-5 млн.руб/год (см. приложение 2).
Одним из важнейших параметров работы сорбента является количество очищаемых стоков, которое может быть подано на единицу массы сорбента до появления проскока. Как показали проведенные исследования, предлагаемый сорбент при небольших (до 2 л/г) удельных расходах очищаемой воды дает достаточно высокую степень очистки от катионов меди, которая составляет от 70% и выше (рис.4.13), Исследования проводились на модельном растворе нитрата меди с начальной концентрацией Си2+ 10 мг/л, что соответствует 2 ПДК для питьевой воды. При дальнейшем увеличении удельного расхода наблюдается незначительное снижение степени извлечения меди, однако, этот показатель остается на приемлемом уровне 55 - 60%. Когда удельный расход сточных вод превышает 8 л/г наблюдается резкое падение степени очистки.
Подобный характер зависимости объясняется следующим. При небольшом количестве очищаемого раствора, когда сорбент еще свежий и не насыщен катионами меди, процесс сорбции и ионного обмена натрия на катионы меди идет достаточно интенсивно. По истечении определенного времени работы сорбента и, соответственно, его насыщения извлекаемым компонентом, замедляется скорость процесса адсорбции и падает степень очистки- Когда же наступает момент полного насыщения, т.е. достигается равновесие в системе Cu cop6HpoBaiIHasi Сиврастворс, наблюдается резкое падение степени очистки, другими словами, проскок. Таким образом, допустимая удельная нагрузка на сорбент при начальной концентрации Си2+ 10 мг/л составляет не более 8 л/г сорбента. При меньших начальных концентрациях меди это значение будет существенно больше.
Одно из достоинств сорбента на основе цеолита - возможность его многократной регенерации. В качестве регенерирующего раствора, согласно литературным данным [5, 6] использовался 8 - 10% раствор NaCK И здесь одна из основных задач состоит в том, чтобы определить минимальное количество регенерирующего раствора, необходимое для восстановления свойств сорбента. Как показывают экспериментальные данные (рис. 4Л 4), степень регенерации сорбента (которая оценивалась по концентрации меди в регенерирующем растворе в пересчете на 1 г сорбента) возрастает до соотношения регенерирующий раствор: сорбент = 15...20, а затем остается примерно на одном уровне. Таким образом, оптимальное соотношение ж:т на стадии регенерации сорбента составляет 15 20.
Важным показателем, характеризующим работоспособность сорбента, является количество циклов сорбция - регенерация, которые может выдержать сорбент без существенного снижения основных эксплутационных характеристик, в частности, степени очистки по меди. Как следует из экспериментальных данных (рис.4.15), сорбент на основе цеолита типа NaA и Малоступкинской глины (мае. соотношение 1:1) показывает достаточно высокую степень очистки (не менее 70%), после 8 циклов сорбция — регенерация. Дальнейшее увеличение продолжительности работы сорбента ведет к резкому снижению степени очистки. Это связано с тем, что при эксплуатации сорбента (как на стадии насыщения, так и на стадии регенерации) происходит деалюминирование цеолита (табл.4.11). Естественно, что этот процесс отрицательно сказывается на сорбционных свойствах, поскольку
