Химическое модифицирование природного сорбента

Аннотация. Статья посвящена кинетике сорбции ионов меди и кобальта на природной опоке при температурах 20 и 60^оС. Повышение температуры сорбции привело к увеличению адсорбционной ёмкости и к увеличению степени очистки. Для увеличения сорбционной активности природной опоки проведено химическое модифицирование путём обработки её поверхности различными веществами-модификаторами.
Ключевые слова: кинетика, природная опока, сорбция, адсорбционная ёмкость, химическое модифицирование. 

В настоящее время среди природных сорбентов значительное место занимает модифицированный дисперсный кремнезём - опока, которая характеризуется высокой прочностью при высокой пористости, неразмокаемостью в воде, устойчивостью к действию кислот и щелочей. Уникальные свойства этого сорбента позволяют предположить возможность применения его для очистки сточных вод от тяжёлых металлов, концентрирования ионов из различных объектов окружающей среды, создания катализаторов широкого спектра применения.

Следует отметить, что применение минеральных сорбентов с модифицированной поверхностью несёт результаты качественно нового уровня.

Целью химического модифицирования поверхности является направленное изменение физико-химических и сорбционных свойств неорганических материалов. При этом особое внимание уделяется исследованию строения и свойств возникающих при модифицировании поверхностных соединений.

Весьма важным моментом при адсорбционной очистке промышленных сточных вод является кинетика процесса или скорость адсорбции.

В данной работе исследовалась кинетика сорбции ионов меди и кобальта на природной опоке при 20 и 60°С.

Как видно из рис. 1, при 20°С время установления равновесия составляет для меди – 30 минут, для кобальта - 45. Наряду с этим видно положительное влияние повышенной температуры сорбции, приводящее к увеличению адсорбционной ёмкости опоки, и, следовательно, к увеличению степени очистки. Это объясняется протеканием процесса хемосорбции, в результате чего на поверхности опоки образуется химическое соединение.

Однако степень очистки водных растворов оказалась недостаточной, поэтому для увеличения сорбционной активности природной опоки проведено химическое модифицирование путём обработки её поверхности различными веществами – модификаторами. В качестве таких веществ взяты водные растворы хлорида аммонияNH₄Cl, гидроксида калия KOH, соляной кислоты HCl.

Установлено, что использование в качестве модификатора раствора соляной кислоты нецелесообразно, так как адсорбционная ёмкость увеличивается всего на 10-20 %.

Наилучшие результаты получены при обработке опоки раствором KOH. Полученный сорбент имел следующую сорбционную ёмкость по ионам металлов, ммоль/г: по кобальту-11,6, по меди-15,7 (табл. 1).

Таблица 1

Сравнительная характеристика сорбции Cu²⁺ и Co²⁺  на опоке с различными модификациями

Для практического использования сорбента в процессе водоподготовки важной характеристикой является степень извлечения адсорбтива. Комплексная оценка адсорбционных характеристик исследуемых сорбентов позволила расположить адсорбенты по эффективности извлечения в следующий ряд: KOH/опока › HCl/опока › чистая опока › NH₄Cl/опока.