Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Термодинамика и кинетика сорбции поллютантов сточных вод нетрадиционными материалами : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.04

Год: 2013

Номер работы: 3232

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Актуальность темы. На сегодняшний день в России наиболее остро стоит проблема загрязнения окружающей природной среды, в частности, одного из важнейших ресурсов - водных объектов в связи с непрекращающимся ростом антропогенной нагрузки на биосистему. Основными поставщиками ионов тяжелых металлов являются сточные воды гальванических цехов металлургических и машиностроительных предприятий; органических красителей, пигментов - текстильная, полиграфическая промышленность, фенолов целлюлозно-бумажн

На современном уровне развития методы очистки сточных вод от поллютантов можно разделить на четыре основные группы: механические, химические, физико-химические и биологические [1]. Механическая очистка (отстаивание, фильтрование, центрифугирование) предназначена для выделения из сточной воды нерастворимых легких органических взвесей, высокодисперсных минеральных веществ или грубодисперсных примесей и является предварительной перед физико-химической и биологической. Химические методы заключают

1.2 Физико-химические основы сорбции примесей из водных растворов на поверхности твердое тело - раствор В настоящее время сорбционный метод находит все более широкое применение для очистки промышленных сточных вод [23]. Согласно литературным данным, сорбцией называют процесс поглощения поверхностью фазово-инородного тела (сорбента) какого-либо вещества (сорбата) из смежной газовой или жидкой среды, протекающий на границе раздела фаз [24]. В зависимости от характера сорбционного взаимодействия

В ряду сорбентов особое место принадлежит активным углям, которые в силу специфичности своих свойств сорбируют из воды преимущественно органические вещества. Некоторые сорта каменных углей, мягкие и твердые бурые угли, обладают хорошей сорбционной способностью даже без предварительной обработки, что является следствием сильно развитой поверхности и пористости. Структура угля оказывает заметное влияние на скорость сорбции, определяет форму изотермы и число сорбированных молекул различных разме

В последние годы с целью сорбционного концентрирования ионов металлов из больших объемов воды нашли сорбционные методы с использованием полимерных хелатных сорбентов (ПХС) [61]. Механизм взаимодействия ионов металлов с хелатообразующими сорбентами волокнистой природы довольно сложен. Это связано с полифункциональным характером сорбентов, их полимерной структурой, химической неоднородностью функциональных групп. Полифункциональный характер волокнистых сорбентов обуславливает меньшую избератель

При работе предприятий, использующих процессы микробиологического синтеза, происходит образование специфического отхода производства - биомассы микроорганизма-продуцента, основная часть которой не утилизируется. Получение и использование биосорбентов из биомассы позволяет решить одновременно две экологические задачи: утилизация отходов биотехнологических производств и очистка сточных вод, содержащих как минеральные, так и органические загрязнения. Некоторые микроорганизмы способны сорбировать

В настоящее время [84] одним из способов утилизации отходов промышленных предприятий является использование их в качестве сорбентов для очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов и красителей. Перспективным направлением [85] для удешевления процесса сорбционной очистки является использование в качестве сорбента отхода агропромышленного производства - лузги подсолнечника для выделения катионных красителей из водных растворов. Исследована сорбционная способность модифицированной коры хвойных

В настоящее время известно очень большое число природных сорбентов, которые используются для очистки сточных вод от тяжелых металлов, различных красителей, фенолов. Неорганические сорбенты вызывают определенный интерес в связи с их специфическими свойствами: неорганический каркас придает сорбенту такие свойства, как высокую скорость наступления сорбционного равновесия, термическую устойчивость, механическую прочность. Использование модификаторов обеспечивает селективность и полноту связывания

Полуляхова Н.Н., Белоголдов Е.А. с коллегами [105] выполняли исследования по сравнению сорбционной активности алюмосиликатных сорбентов различного состава (цеолиты, глины, кремнезем и др.). Цеолиты [106] представляют собой водные алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов с открытой кристаллической структурой каркасного строения, пронизанной системой каналов и полостей. Содержащиеся во внутрикристаллическом пространстве обменные катионы и молекулы воды определяют их сорбционные, ионо

Экономическое состояние многих хозяйствующих субъектов в Российской Федерации ограничивает ресурсные возможности по реализации природоохранной деятельности. Применяемые традиционные сорбенты для очистки сточных вод являются дорогостоящими. В этой связи выходом из создавшегося положения может быть внедрение новых видов альтернативных сорбентов с высокими сорбционными свойствами из доступных видов сырья. Для извлечения растворимых примесей тяжелых металлов все чаще внимание ученых обращено к пр

Проведенный литературный обзор показал, что в настоящее время одним из наиболее распространенных способов извлечения тяжелых металлов и органических веществ является их сорбция. Перспективны неорганические материалы природного происхождения. В последние 20 лет особое внимание уделено изучению сорбционных свойств таких природных материалы, как глинистые минералы (бентолитовые, кембрийские глины и пр.), известняки, цеолиты, опоки и другие. Таким образом, поиск эффективных нетрадиционных природн

Целью данной работы является изучение сорбционных, термодинамических и кинетических характеристик, а также механизмов сорбции на поверхности природных карбонатных пород ионов тяжелых металлов, органических промышленных красителей и фенолов в качестве научного обоснования использования данных сорбентов. В качестве объекта исследования были выбраны нетрадиционные природные карбонатные породы Юго-Западной части Курской области (п. Духовец, Конышовский (с. Беляево), Беловский и Медвенский районы)

Сорбцию проводили из модельных растворов, содержащих ионы тяжелых металлов (Си , Fe , Fe , Cr , Cr ), приготовленных на дистиллированной воде с использованием реактивов квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.». Сорбцию органических красителей проводили из модельных водных растворов и сточных вод красильно-отделочного цеха трикотажного объединения «Сейм» (г. Курск). Для приготовления модельных водных растворов применяли красители различных классов квалификации «ч.д.а.» без дополнительной очистки, широко

Определение влаги сорбента проводили согласно ГОСТ 19219-73 [150]. Метод основан на высушивании навески сорбента при 105-110°С. Содержание массовой доли углекислого кальция и углекислого магния определяли согласно ГОСТ

21138.5-78 [151]. Метод основан на титровании суммы кальция и магния раствором комплексона III в аммиачно-хлориднои среде в присутствии индикатора хромоген черного. Гранулометрический состав сухого природного карбонатного сорбента определяли согласно ГОСТ 20082-74 [152].

Оптическую плотность растворов измеряли на спектрофотоколориметре СФ-26 в кварцевых кюветах с толщиной поглощающего слоя 1,0 см. Для получения прямой информации о взаимодействии в системе «сорбент-краситель» применяли метод инфракрасной спектроскопии. ИКспектры природного карбонатного сорбента до и после сорбции, а также красителя регистрировали на ИК-спектрометре «Термониколет» в диапозоне частот 4000-400 см"1. Ошибка метода составляла 1-3%. Идентификацию и расшифровку полученных ИК-спе

2 Методики определения концентраций изучаемых веществ в водных растворах При изучении условий сорбции для определения концентраций загрязняющих веществ использовали химические и физико-химические методы исследования.

Для фотометрического определения концентрации промышленных красителей в водных растворах находили максимум их светопоглощения. С этой целью были сняты значения оптической плотности (А) в зависимости от длины волны (X,

нм) на спектрофотометре СФ-26 и выбраны максимумы светопоглощения для каждого красителя: для катионного синего 2К - 610 нм, катионного красного 14 - 490 нм, кислотного антрахинонового ярко-зеленого Н4Ж - 670 нм, кислотного антрахинонового синего - 590 нм. Найдены границы п

Определение содержания Си проводили в виде аммиаката спектрофотометрическим методом [164]. Метод основан на образовании комплексного соединения [Си(ЫНз)4]2 ионов Си 2+ с аммиакатом, обладающего сине- фиолетовой окраской за счёт перехода электронов вследствие расщепления основного электронного состояния Си 2+ в поли лиганда. Для аммиаката меди (II) при А,=640 нм s =1,0-10 , что обуславливает относительно невысокий, но достаточный для практики предел обнаружения. Суммарное содержание малых кол

2.4.23 Определение фенолов путем бромировапия и йодометрического титрования Метод основан на бромировании фенола избытком бромид-броматной смеси, получении йода при взаимодействии йодида калия с бромом и титровании йо51 да тиосульфатом натрия с крахмалом в качестве индикатора [164]. Содержание летучих с паром фенолов в пересчёте на фенол CeHsOH (X) в мг/л вычисляют по формуле: ф -а)-К- 0,784 4000 у ' ~. ^ ' где b - объём раствора тиосульфата натрия, израсходонного в холостом опыте, мл; а - о

Для нахождения оптимальных условий сорбции было установлено влияние массы карбонатных пород на степень извлечения ионов тяжелых металлов, органических красителей и фенолов. В работе использован метод одноступенчатой статической сорбции. Сорбцию проводили добавлением к изучаемым растворам навески карбонатных пород, измельчённых до зёрен размером 0,2-2,0 мм. Затем перемешивали магнитной мешалкой, фильтровали через фильтр «синяя лента», через определённые промежутки времени отбирали пробы и опре

Опыты необходимые для построения изотерм сорбции проводили, помещая в серию растворов с различными начальными концентрациями (С, ммоль/л) навески сорбента одинаковой массы. Заливали их одинаковыми объёмами водных растворов исследуемых веществ. Растворы перемешивали с помощью магнитной мешалки до установления состояния равновесия. Раствы фильтровали через фильтр «синяя лента» и определяли в нем остаточную концентрацию веществ. Для построения изотерм сорбции ионов Си , Fe , Fe +, Сг по калибров

Для получение кинетических кривых сорбции в серию растворов помещали навески (т,

г) сорбента, заливали их водным раствором (V,

мл) и перемешивали 1-30 мин при температуре 298 К. Начальная концентрация (Со, г/л) растворов оставалась постоянной. Через определённые промежутки времени раствор фильтровали через фильтр «синяя лента» и определяли в нем конечную (Ск) и равновесную (Ср) концентрацию ионов тяжёлых металлов и промышленных красителей методом спектрофотометрии, фенолов - броми

Для статистической обработки результатов эксперимента использовались следующие программы MathCad, Statistica

6.0, Excel. Для оценки прямых и косвенных измерений оценивали вклад случайной и приборной погрешности в общую ошибку. Случайную погрешность (Ах^) оценивали методом Стьюдента-Фишера. Погрешность результата измерения оценивается при доверительной вероятности Р= 0,95. Приборная погрешность (Ахпр) соответствовала цене деления определяемой величины прибора. Для обработки результатов п

Перспективным направлением для удешевления процесса сорбционной очистки является использование в качестве сорбентов, с одной стороны, дешёвых, с другой - доступных материалов, обладающих высокой сорбционной емкостью. Мощный меловой пояс простирается через весь Европейский континент, включая север Франции, южную часть Англии, Польшу, проходит через Украину, Россию и смещается в Азию - Сирию и Ливийскую пустыню. Месторождения карбонатных пород Курской области приурочены к отложениям кампан-маас

3.2 Изучение равновесного состояния в системе «сорбент - поллютант»

3.2.1 Выбор оптимальных условий сорбции в системе «карбонатные породы - ионов тяжелых металлов» Для установления оптимальных условий сорбции Cu2+, Fe 2+ , Fe 3+ , Cr 3+ изучено влияние массы карбонатных пород с размером частиц 0,2-2,0 мм на процесс (табл. 6-8). Таблица 6 - Влияние массы необработанных карбонатных пород на сорбцию CiT+ (t=15 мин , V=20 мл, С=1000 мг/л, Т=298

К) т, г S,% 0,05 76 0,1 90,6 0,25 96,4 352,2 169,2 0,5 98,5 357,2 171,2 0,75 99,8 1 100 1,5 100 2,0 100 2,5 100

1. Исходя из результатов химического состава карбонатных пород установлено, что в качестве сорбента поллютантов сточных вод использовался мергель мелоподобный и глинистый; 2. Доказано, что адсорбционная активность и удельная поверхность возрастает с увеличением содержания карбонатов в сорбенте. Наибольшую сорбционную способность проявляет порода Конышовского района, содержащая наибольшее количество карбоната кальция (49,5%); 3. Установлены оптимальные условия сорбции поллютантов сточных вод к

Время сорбции, объем раствора и массы сорбента, которые использовались при изучении термодинамики сорбции ионов тяжелых металлов приведены в табл. 9. Сорбцию проводили, помещая в серию растворов с различными начальными концентрациями (Со, ммоль/л) навески сорбентов (природные и модифицированные карбонатные породы) одинаковой массы по методике, приведенной в главе 2. На рис. 9-11 показаны изотермы сорбции ионов тяжелых металлов при 298 К на поверхности карбонатных пород Конышовского района Кур

4.2 Изотермы сорбции органических веществ карбонатными породами Время сорбции, объем раствора и массы сорбента, которые использовались при изучении термодинамики сорбции органических веществ приведены в табл. 16. Сорбцию органических веществ проводили, помещая в серию растворов с различными начальными концентрациями (Со=0,1-1000 ммоль/л) навески природных карбонатных пород Конышовского района с размерами частиц 2,0-0,2 мм (сорбент IV) одинаковой массы по методике, приведенной в главе 2. На ри

1. Изотермы сорбции поллютантов сточных вод карбонатными породами относятся по классификации БЭТ, к изотермам разного типа. 2. По уравнению Ленгмюра и Фрейндлиха рассчитаны термодинамические константы сорбции поллютантов сточных вод карбонатными породами в качестве научного обоснования использования данного сорбента в промышленности. 3. Модификация карбонатных пород приводит к увеличению степени сродства к поверхности карбонатных пород ионов тяжелых металлов. 4. Полученные экспериментальные д

Эффективное использование сорбента в процессе извлечения тяжёлых металлов в некоторой степени определяется скоростью сорбции. Известно, что исследование кинетики сорбции позволяет получить большую информацию о процессе в целом (скорость достижения равновесия, механизм сорбции, коэффициент диффузии, сорбционная емкость сорбента, лимитирующая стадия процесса сорбции). Поэтому знание кинетических закономерностей процесса необходимо для установления оптимальных параметров сорбции поллютантов сточ

Сточные воды кроме ионов тяжелых металлов могут содержать органические вещества. Поэтому была изучена кинетика сорбции промышленных красителей различных классов и фенолов необработанными природными карбонатными породами путем проведения измерений при различной продолжительности контакта сорбента и раствора. На рис. 24 представлены кинетические кривые сорбции органических веществ необработанными природными карбонатными породами (сорбент IV). Независимо от природы органических красителей высока

5.3 Изучение механизма сорбции в системе «карбонатные породы органические вещества» методом ИК-спектроскопии Для выяснения характера сорбции были сняты ИК-спектры красителя катионного синего 2К, карбонатных пород Конышовского района и образцов породы после сорбции красителя катионного синего 2К в различных условиях (при изменении соотношения фаз и времени сорбции). ИК-спектры снимали на ИК-спектрометре «Термониколет» в области 4000-400 см"1. Спектры поглощения при изучении кинетики проце

5.4 Изменение рН среды водных растворов после сорбции в системе «сорбент - поллютант» При изучении сорбционных свойств на границе твердое тело - раствор необходимо учитывать наличие третьего компонента - среды (растворителя), молекулы которого также способны сорбироваться на поверхности сорбента и, следовательно, являться конкурентами молекул сорбата. Таким образом, сорбция этого вида является сорбцией из смеси. Важную роль при работе с сорбентом в растворе играет водородный показатель среды