Сведения об авторах

Влияние кислотности жидкой фазы на процесс сорбции металлургическим шлаком

  Хоботова Э. Б., Грайворонская И. В., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, Украина

 

Один из видов многотоннажных отходов — шлаки металлургических производств. В литературе имеются сведения по их вторичному использованию, в том числе как сорбентов различных веществ, загрязняющих сточные воды. Ранее нами исследованы сорбционные характеристики шлака Побужского ферроникелевого комбината, определен его минералогический состав. Доказано наличие сорбционных свойств шлака по отношению к органическим соединениям и выявлены условия химической активации шлака. Показано, что при сорбции красителя метиленового синего (МС) оптимальна кислотная химическая активация. Однако природа активирующего соединения может варьировать в зависимости от вида сорбата. Кроме того, не исследован вопрос об изменении эффективности сорбции в зависимости от рН растворов сорбата.

Цель работы — изучение процессов сорбции металлургическим шлаком органических красителей в зависимости от кислотности их жидкой фазы.

 

Кислотность водных растворов, из которых происходит сорбция органических красителей, влияет на ее протекание и изменяет количественные показатели процесса. На рисунке показано уменьшение концентрации МС со временем при его сорбции из растворов с различным рН.

  

 

Зависимость от времени концентрации растворов МС при сорбции шлаковым сорбентом из растворов с различным значением рН:

1 – 1,95; 2 – 2,2; 3 – 4,8; 4 – 6,4; 5 – 8; 6 – 8,5; 7 – 10,4; 8 – 12,4

 

Сорбция из очень кислых и щелочных растворов протекает менее интенсивно, чем из нейтральных сред. Увеличение рН с 2,2 до 4,8 приводит к большему ускорению сорбции, чем дальнейшее повышение рН до 10,4. Причем разница в скорости сорбции из растворов с различным значениям рН увеличивается со временем. Количественные показатели сорбции МС в зависимости от кислотности среды представлены в таблице.
 

Статическая обменная емкость (СОЕ) шлакового сорбента и эффективность очистки растворов от МС при различных значениях рН
 

 

Практически полное извлечение МС из растворов (89–97 %) возможно при 4,8 ≤ рН ≤ 10,4 за време не менее 7 сут. При этом СОЕ достигает 90–93 % от предельного значения.

 

Изменение кислотности среды может влиять как на свойства самого сорбента, так и на свойства молекул сорбата. При длительной выдержке в воде из металлургического шлака вымываются силикат-ионы, которые подвергаются гидролизу, в результате чего рН воды возрастает с 6,65 до 8,15. Повышение кислотности раствора сорбата способствует образованию на поверхности шлака гелеобразного слоя кремниевой кислоты H₂SiO₃, который должен обладать хорошими сорбционными свойствами. Однако сорбция МС из очень кислых растворов затруднена по сравнению с нейтральными. Таким образом, наряду с модификацией поверхности важную роль при интенсификации сорбции МС из растворов с рН > 4,8  играет изменение свойств молекул сорбатов — органических красителей. Сорбция осуществляется на поверхности, морфология которой изменена в процессе активации и в дальнейшем остается практически стабильной с точки зрения сорбционных свойств.

 

Индикатор МС относится к окислительно-восстановительным, чувствительным к изменению рН и ионной силы раствора. Восстановленная форма МС бесцветна. Окислительно-восстановительный потенциал МС при рН = 0 и рН = 7  равен соответственно  +0,53 и +0,011 В. С увеличением кислотности МС проявляет себя как более сильный окислитель, при этом сорбция его шлаком уменьшается. Это можно связать с протонированием МС

в кислой среде и образованием формы, обладающей более высокими окислительными свойствами, которая сорбируется в меньшей степени

.

 

Бесцветная восстановленная форма в исследованном интервале рН 1,95–12,40 не зафиксирована.

Количественные показатели сорбции шлаковым сорбентом молекул из водной фазы зависят от ее кислотности. На примере растворов МС показано снижение величины сорбции и эффективности очистки растворов с уменьшением рН, что определяется протонированием молекулы органического красителя.

Применение сорбции для очистки сточных вод от органических красителей экономически целесообразно, что обусловлено высокими показателями сорбционного метода.

Influence of Liquid Phase Acidity on Metallurgical Slag's Sorption Process
 

 Khobotova E. B., Grayvoronskaya I. V., Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkiv, Ukraine
 

The possibility for slag to sorb the organic substances has been shown. The dependence of quantitative parameters on acidity of organic dyes solutions was determined.

 

 

Сведения об авторах

Хоботова Элина Борисовна, д-р хим. наук, проф., зав. кафедрой химии, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Петровского, 25, ауд. 227, Харьков 61002, Украина. Тел. +38 (057) 707-36-52. E-mail

Грайворонская Инна Валерьевна, аспирантка, кафедра химии, Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, ул. Петровского, 25, ауд. 227, Харьков 61002, Украина. Тел. +38 (057) 707-36-52. E-mail