УДК 544.72+544.147


КОМПОЗИТИ НА ОСНОВІ АКТИВНОГО ВУГІЛЛЯ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ СТІЧНИХ ВОД ВІД СПОЛУК ХРОМУ

       

Руда А.

Національний технічний університет України «КПІ»,

м. Київ,Україна


Хром є одним з найбільш токсичних важких металів і забруднювачів навколишного середовища. Він потрапляє в екологічні води, як правило, з промисловими стоками текстильних комбінатів, металургійних заводів, виробництв мінеральних добрив, пестицидів тощо. Хром в навколишній воді існує, головним чином, в двох ступенях окислення: 6+ і 3+, причому фізіологічні ефекти сполук хрому вельми контрастні. Cr(III) вважається важливим елементом для забезпечення ефективного обміну глюкози, ліпідів та білків живих організмів. З іншого боку, Cr(VI) є  токсичним для біологічних систем і канцерогенним для людини.

Методи, що на сьогоднішній день використовуються для концентрування і відділення хрому із стічних вод включають хімічне осадження, іонний обмін, екстракцію, адсорбцію і кілька інших. Серед цих методів, найбільш перспективним виявився адсорбційний. Так в якості сорбентів досліджено і частково використовується цілий ряд речовин як природного, так і штучного походження: силікагель, активоване вугілля, глинисті породи, цеоліти, хітозан, відходи харчових виробництв, поліаніліновий порошок тощо. Однак, пошук нових більш ефективних і економічно доцільних адсорбентів для поглинання токсичного шестивалентного хрому з водних розчинів залишається актуальною задачею і з наукової, і з практичної точок зору.

В даній роботі як адсорбент сполук хрому досліджували новий матеріал – композит на основі активного вугілля, на поверхню якого наносились активні центри ZrO2.

Метою даної роботи було синтезувати лабораторні партії зразків композиту з різним вмістом цирконію(ІV) оксиду, дослідити їх структурно-адсорбційні характеристики та адсорбційну ємність по відношенню до Cr(VI).

В якості вихідного активного вугілля в роботі використовували активне вугілля марки БАВ, подрібнене до фракції менше 0,1 мм, яке попередньо прожарювали за температури 300 оС (зразок БАВпрож), а також окиснювали концентрованою нітратною кислотою при кип’ятінні з наступним відмиванням та висушуванням (зразок БАВокисн).

Композит активованого вугілля з цирконію(IV) оксидом отримували методом гомогенного осадження. Для цього спочатку розчиняли у воді оксихлорид цирконію і сечовину, потім додавали вугілля; отриману суспензію при перемішуванні нагрівали до 95 °С та витримували за цієї температури протягом 20 хвилин; одержаний осад відфільтровували на лійці Бюхнера, промивали від іонів Cl- і висушували за температури 110 °С протягом 1 години, а потім прожарювали при температурі 300 °С впродовж 1 години. У такий спосіб було отримано три нанокомпозити з вмістом ZrO2 7, 14 та 28 % мас., які далі позначаються як К1, К2, К3, відповідно.

Гранулометричний склад для всіх досліджуваних зразків був однаковим, а вологість – мінімальною; що стосується рН та Sпит, то їх значення змінювались в залежності від характеру обробки. Так, наприклад, зразок активного вугілля, що піддавався термообробці – БАВпрож, має найвище значення рН поверхні (8,5), а вугілля, яке оброблялось нітратною кислотою – БАВокисн, показує найменше значення рН (6,2).

рН поверхні зразків синтезованих композитів знаходиться в діапазоні від 6,7 до 7,2, і нелінійно змінюється в залежності від вмісту цирконію(IV) оксиду, однак композиту з найбільшим вмістом ZrO2 відповідає найбільш кисле значення рН.

Питома площа поверхні найменшою є у зразка вихідного вугілля (420 м2/г), а найбільшою у композита К1 (780 м2/г), причому далі, в міру зростання вмісту ZrO2, спостерігається зменшення Sпит, вочевидь, внаслідок заповнення внутрішнього об’єму мікро- і мезопор при його гомогенному осадженні.

Результати потенціометричного титрування показали, що і вихідні зразки активованого вугілля, і композити на його основі здатні до іонного обміну в широкому діапазоні рН, практично від 2 до 12. Найбільшою ТНЗ (9,2) володіє зразок БАВпрож, а найменшою (3,8) – БАВокисн; для композитів перехід від аніонного обміну до катіонного відбувається при рН від 7,5 до 8,2 і відрізняється не суттєво.

Експериментально отримані ізотерми сорбції свідчать, що адсорбція йонів Cr6+ на поверхні досліджених зразків вугілля і композитів на його основі перебігає в один шар і є досить інтенсивною. Найменшою адсорбційною ємністю по відношенню до йонів Cr6+ володіє окиснене вугілля БАВ; максимально досягнуте її значення не перевищувало 40 мг/г. У прожареного вугілля адсорбційна ємність була дещо вищою, і найбільше її значення сягало 80 мг/г, тобто було більшим майже у два рази, порівняно із окисненим зразком вугілля.

Найактивнішим серед композитів поглиначем хрому виявився композит з найменшим вмістом цирконію(ІV) оксиду – К1; дещо нижчу сорбційну активність показав зразок К2, а композит з найбільшим вмістом цирконію(ІV) оксиду (К3) за своєю адсорбційною здатністю виявився навіть слабкішим в порівнянні із зразком вихідного активного вугілля.

Таким чином, синтезовані в роботі композити активного вугілля та цирконію(ІV) оксиду представляються перспективним іонообмінним матеріалом та адсорбентом для вилучення хрому.