Закономірності добування розчинних у воді металів вуглецевим сорбентом Техносорб. Витяг алюмінію

А.А. Цибулько, Т.Ю. Цибулько, Г.І. Раздьяконова, В.Ф. Суровикино, Конструкторсько-технологічний інститут технічного вуглецю СО РАН

Останнім часом у зв'язку з повсюдним посиленням вимог до якості води господарсько-побутового призначення багато що стали класичними методи водопідготовки не можуть забезпечити необхідну глибину очищення природних і стічних вод або є нерентабельними з економічної точки зору. Тому велика увага дослідники приділяють пошуку та розробки нових, нетрадиційних способів видалення токсичних речовин різного походження з води. Досить перспективним і вже застосовуваним на практиці є сорбційний метод очищення, що вдало поєднує високу, практично недосяжну іншими способами, ступінь вилучення розчинених домішок і високу продуктивність процесу очищення при відносно невеликих матеріальних і енерговитратах. Важливим достоїнством сорбционной технології є простота апаратурного оформлення і можливість повної або часткової автоматизації всього процесу в цілому, а також окремих його частин. Слід зазначити, що традиційно використовувані в сорбционной практиці мікропористі активні вугілля мають ряд недоліків, стримуючих більш широке застосування сорбційних методів при водопідготовки. До найбільш суттєвим з них слід віднести неправильну форму гранул, що створює підвищений гідродинамічний опір, їх малу механічну міцність, який скорочує час безперервної роботи сорбционной установки, і сповільнену кінетику витягу домішок з розчинів. В даний час асортимент вуглецевих матеріалів істотно розширився за рахунок появи нового класу синтетичних матеріалів на основі піроуглерода, одержуваних шляхом високотемпературного швидкісного піролізу вуглеводнів з подальшою активацією і хімічною модифікацією поверхні [1]. Від традиційних активних вугіль синтетичні матеріали відрізняються високою механічною міцністю, сферичної формою гранул, розвиненою питомою поверхнею з переважанням мікро-і мезопор і можливістю регулювання структурно-дисперсних характеристик поверхні на етапі отримання вуглецевого матеріалу. Зазначені властивості відкривають широкі перспективи для потенційного використання синтетичних вуглецевих матеріалів у різних галузях науки і техніки, у тому числі і в процесах сорбционной очищення води.

Об'єктом дослідження в даній роботі є синтетичний вуглецевий сорбент Техносорб-1, що випускається КТІТУ СО РАН. Основні фізико-хімічні показники вуглецевого сорбенту відображають його дисперсність, обсяг часу, питому поверхню і міцність форми [2] і не дають інформації про його адсорбційної активності у водно-сольових середовищах. Мета роботи - дослідження основних закономірностей

Рис. 1. Ізотерма витягу алюмінію вуглецевим сорбентом Техносорб-1 (а) і залежність ступеня витягу алюмінію від початкової концентрації розчину (б) при температурі 327 К

тей витягу алюмінію з водних розчинів його солей вуглецевим сорбентом Техносорб-1 і визначення принципової можливості його використання в процесах очищення забруднених природних і стічних вод.

Процес витягу алюмінію проводили в ізотермічному режимі при контакті модельних розчинів з вуглецевим сорбентом при масовому співвідношенні 10:1 відповідно, в статичних умовах. Як модельні використовували розчини квасці квасцов з концентрацією від 20 до 500 мг Al/л. Кількісне визначення алюмінію в розчинах проводили за методом градуйованого графіка відповідно з методикою [3], суть якої полягає в утворенні стабільного комплексу алюмінію з ксіленоловим помаранчевим в середовищі форміатного буфера при pH 3,5. Фотометрірованіе розчинів здійснювали на ФЕК-60 при довжині хвилі 540 нм в кюветі з товщиною шару 30 мм. Чутливість методу 0,5 мкг в 50 мл кінцевого розведення, відносна похибка визначення - не більше 5%.

топографію поверхні вуглецевого сорбенту, імпрегновану сполуками алюмінію, вивчали стандартним методом теплової десорбції аргону [4]. Використання "м'яких", не руйнують сорбційні шари методів дослідження дозволило отримати об'єктивну інформацію про природу процесів, що протікають на вуглецевої поверхні в ході витягу алюмінію і пояснити основні закономірності зміни фізико-хімічних властивостей вуглецевого сорбенту.

Результати та їх обговорення. Проведені дослідження показали, що кінетика витягу алюмінію в умовах експерименту описується рівнянням першого порядку. Кінетичні ізотерми мають завершений вигляд, характеризуються крутим підйомом у початкові моменти часу і описуються в нерівноважних умовах (до плато) рівнянням: