ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД МОДИФИЦИРОВАННЫМ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИМ МИНЕРАЛЬНЫМ СОРБЕНТОМ

Хамитова К. К., Демеев Б. Б., Могильный В. В., Центр физико-химических методов исследования
и анализа Казахского национального университета имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан

Сорбционное извлечение ионов тяжелых металлов из сточных вод получило широкое распространение, особенно при создании замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий, вследствие высокой эффективности и возможности регенерации сорбента.

Один из перспективных способов улучшения емкостных и кинетических характеристик природных сорбентов — их модификация путем адсорбции (хемосорбции) поверхностно-активных веществ. Среди углеродсодержащих материалов значительный интерес в качестве матрицы для получения модифицированных сорбентов представляют шунгитовые породы Восточно-Казахстанской области, основными компонентами которых являются углерод и диоксид кремния, формирующие единую композиционную систему.

Шунгитовый минеральный сорбент (ШМС) готовили из концентрата, полученного методом пенной флотации усредненной пробы шунгитовой породы. В концентрат вводили связующее и равномерно распределяли его по всему объему. Смесь брикетировали через фильеру диаметром 2 мм.

Брикетированный сорбент сушили в течение нескольких часов при температуре 100–110 °С, затем подвергали карбонизации в инертной атмосфере аргона при температуре 800 °C в течение часа. Конечная стадия приготовления сорбента — активация острым паром при температуре 800–850 °С для увеличения его удельной поверхности.

В таблице приведены физико-химические свойства ШМС и нормированные показатели древесных углей марок БАУ-А и БАУ-МФ, предназначенных для адсорбции примесей из водных сред.

Показатель	Сорбент
Показатель	ШМС	БАУ-А	БАУ-МФ
Внешний вид	Гранулы черного цвета без механических примесей	Зерна черного цвета без механических включений	Зерна черного цвета без механических примесей
Адсорбционная активность по йоду, %	27,9	Не менее 60	Не менее 70
Суммарный объем пор по воде, см³/г	0,106	Не менее 1,6	Не нормируется
Насыпная плотность, г/дм³	14	Не более 240	Не нормируется
Фракционный состав, массовая доля остатка на сите с полотном, %: № 36 № 10 На поддоне № 15 № 5 На поддоне	– 97,5 2,5 – – –	Не более 2,5 Не менее 95,5 Не более 2,0 – – –	– – – Не более 25 Не менее 70 Не более 5
Массовая доля золы, %	–	Не более 6	Не более 10
Массовая доля влаги, %	5	Не более 10	Не более 10
Прочность, %	38,21	–	–

Сорбционная емкость по йоду ШМС ниже, чем БАУ-А и БАУ-МФ. Но удельная поверхность ШМС (180–270 м²/г) способствует сорбции крупных органических примесей и ионов металлов.

Для подготовки к лабораторным исследованиям сорбции ионов свинца сорбент обеспыливали 3 мин просеиванием на сите с отверстиями 0,1 мм, затем трижды в течение 15 мин кипятили в 250 мл дистиллированной воды. Отмытый сорбент сушили 24 ч на стекле при 110 °С в слое 5 мм. Приготовленный таким образом сорбент хранили в герметичной стеклянной таре. Для получения модифицированного шунгитового минерального сорбента (МШМС) в приготовленный образец вводили по 10 мл 1%-ного раствора натрий-карбоксиметилцеллюлозы на каждые 10 г сорбента.

Непосредственно перед экспериментом навески сорбента дополнительно сушили в бюксах 2 ч при 110 °С, затем охлаждали в эксикаторе, взвешивали и помещали на 1 ч в емкость с влажностью 85–98 % для предварительного насыщения парами воды.

Динамику сорбции ионов свинца на ШМС и МШМС исследовали на стеклянной колонке диаметром 13 мм. В колонку помещали слой сорбента высотой 160 мм, сверху и снизу – слои стекловаты по 20 мм. Воду пропускали с постоянным расходом 80 мл/ч сверху вниз; в колонке под сорбентом поддерживали слой воды высотой 15 мм. Перед опытом обратным током заливали колонку горячей дистиллированной водой (70 °С) и выдерживали до охлаждения несколько часов. Исследуемую воду подавали без предварительного слива дистиллята. Отбирали пробы очищенной воды через 31 мин, 6 ч 20 мин и 28 ч 40 мин после начала опыта. Концентрацию ионов свинца определяли на атомно-абсорбционном спектрометре AAS Shimadzu 6200.
Отработанный сорбент отделяли от воды фильтрованием через бумажный фильтр, сушили 4 ч на воздухе, а затем в эксикаторе 2 сут при 22 °С и взвешивали. Досушивали сорбент при 110 °С в течение 4 ч и снова взвешивали.

По результатам опытов рассчитывали сорбционную емкость сорбентов и летучесть сорбата.

Степень извлечения ионов свинца из модельных водных растворов на ШМС и МШМС в зависимости от времени эксперимента представлена на рисунке.

Степень извлечения ионов свинца в зависимости от времени:

Значение сорбционной емкости ШМС достигает 1,22 мг/г, а МШМС – 1,7 мг/г. Летучесть сорбата соответственно 0,011 и 0,12.

Таким образом, эксперименты показали высокие сорбционные свойства МШМС и возможность его практического применения.

Khamitova K. K., Demeev B. B., Mogilniy V. V., Center of Physical and Chemical Methods of Research and Analysis, al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan

New sodium-carboxymethylcellulose-modified carbonaceous mineral sorbent was derived from schungite rock. It has proved to have high sorption properties. The sorption extraction of lead ions from water is discussed in the paper.

Хамитова Корлан Кадырбековна, мл. науч. сотр., Центр физико-химических методов исследования и
анализа Казахского национального университета имени аль-Фараби, ул. Карасай батыра, 95А, Алматы, 050012, Казахстан. Тел./факс (7272) 92-37-31. E-mail₁, e-mail₂
Демеев Бауржан Байтугулович, канд. хим. наук, доц., Центр физико-химических методов исследования
и анализа Казахского национального университета имени аль-Фараби, ул. Карасай батыра, 95А, Алматы,
050012, Казахстан. Тел./факс (7272) 92-37-31. E-mail₁, e-mail₂
Могильный Валерий Валентинович, д-р техн. наук, проф., Центр физико-химических методов исследования и анализа Казахского национального университета имени аль-Фараби, ул. Карасай батыра, 95А, Алматы, 050012, Казахстан. Тел./факс (7272) 92-37-31. E-mail₁, e-mail₂