Сорбция гидролизных форм 3d-переходных элементо монтмориллонитом тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

5

ГЛАВА 1. ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Разновидность глинистых адсорбентов

1.2. Данные о физико-химических свойствах и структурах прироных глинистых адсорбентов

1.3. Методы определения химического состава глинистых адсорбентов

1.4. Определение набухаемости адсорбентов

1.5. Методы исследования фазового состава и структуры глинистых адсорбентов

1.6. Сведения о сорбц^ойн!г^^биствахглинистых адсорбентов типа монтморилонита . . . /

1.7. Сорбция 3d - элементов и красителей глинистыми адсорбентами

1.8. Представление о механизме сорбции 3d - элементов и красителей глинистыми адсорбентами

1.9. Прикладное значение сорбции 3 d-элементов и красителей глинистыми адсорбентами типа монтмориллонит

1.10. Выводы по обзору литературы

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Выбор глинистых адсорбентов и определение их химического состава.

2.2. Определение набухаемости, рН вытяжки, засоленности и обменной емкости

2.2.1. Основные физико-химические характеристики глинистых адсорбентов

2.2.2. Результаты химико-спектрального анализа макро- и микросостава глинистых адсорбентов

2.3. Рентгеноструктурный метод определения структуры и пористостти глинистых адсорбентов

2.3.1. Теоретические расчеты экспериментальных данных

2.4. Сорбция индивидуальных комплексных форм 3d-элементов и красителей природными глинистыми адсорбентами

2.5. Сорбция комплексных форм хрома(Ш) и хрома(У1) на монтмориллоните

2.6. Сорбция анионных комплексных форм хрома(У1) на монтмориллоните

2.7. Сорбция кобальта(П) на монтмориллоните.

2.8. Сорбция никеля(П) на монтмориллоните -

2.9. Сорбция комплексных форм цинка(П) и меди (П) на монтмориллоните

2.10. Сорбция комплексных форм меди(П) на монтмориллоните

2.11. Кинетика сорбции метилвиоллета и метиленголубого на монтмориллоните

2.12. Обсуждение результатов

ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМ СОРБЦИИ КОМПЛЕКСНЫХ ФОЛРМ ХРОМА (III,VI), МЕДИ, ЦИНКА, КОБАЛЬТА И НИКЕЛЯ, МЕТИЛВИОЛЕТА И МЕТИЛЕН ГОЛУБОГО МОНТМОРИЛЛОНИТОМ

3.1. Способ концентрирования хрома (3,6), меди, цинка, кобальта и никеля в сточных водах ДЭПО и п/о "Таджиктекстиль" перед спектральным и спектрофотометрическим определениями

3.2. Результаты определения микрокомпонентов в стоках ДЭПО Локомотивного хозяйства

3.3. Практическое использование полученных данных для очистки производственных стоков, ДЭПО Локомотивного хозяйства и п/о "Таджиктекстиль" от поверхностно-активных канцерогенных металлолв и органических красителей на монтмориллоните

Актуальность темы: Одним из важных направлений в повышении эффективности производственных процессов является использование дешевых и экономичных видов минерального сырья, к которому относится и монтмориллонит, как один из разновидностей глинистых природных адсорбентов.

Монтмориллонит, который обладает хорошими адсорбционными свойствами, в настоящее время для удовлетворения производственных нужд Таджикистана завозится из-за рубежа. Вместе с тем, на территории Республики Таджикистан выявлены огромные залежи этого уникального по своим сорбционным характеристикам глинистого адсорбента.

Однако, эти месторождения и физико-химические свойства монтмориллонитсодержащие в них минералы к настоящему времени остаются практически малоизученными. Естественным является то, что монтмориллонитсодержащие минералы в различных месторождениях имеют специфические свойства. В связи с этим, исследование важных свойств монтмориллонита месторождения Юго-западного Таджикистана как, набухаемости, тиксотропности, ионообменной емкости и других параметров, которые определяют возможности его использования в научных технологических процессах, является одной из важных и актуальных научных задач.

Цель работы заключалась в определении физико-химических свойств, дисперсности, набухаемости, обменной емкости, состава и структур монтмориллонита Юго-западного региона Таджикистана рентгенофазовым методом анализа; в определении степени пригодности монтмориллонита с целью использования его в сорбционных процессах; в изучении сорбции 3d - переходных элементов и некоторых красителей, а также поверхностно-активных веществ монтмориллонитом, как на имитированных стоках, так и в самих стоках ДЭПО локомотивных хозяйств и п/о «Таджиктекстиль»; в определении области концентрирования и очистки их; в разработке технологической схемы и осуществления монтажа линии водоочистки от канцерогенных веществ на уровне ПДК в производственных условиях.

Научная новизна работы состоит в том, что подробно изучены физико-химические свойства глинистых адсорбентов месторождения Юго-западного Таджикистана, и на этой основе проведена классификация их. Установлены размеры и концентрация пор. Предложен новый механизм координационного взаимодействия, основанный на захвате гидроксокомплексов 3 d-переходных элементов и некоторых красителей активными центрами поверхности монтмориллонита.

Практическая значимость работы. Результаты исследования по сорбции 3d- переходных элементов и некоторых красителей, а также ПАВ как из имитированных, так и в самих стоках ДЭПО локомотивных хозяйств и п/о «Таджиктестиль» позволили разработать технологическую схему водоочистки, и на этой основе провести монтаж линии сорбционно-осадительной колонны по очистке канцерогенных веществ в ДЭПО локомотивного хозяйства и для очистки стоков п/о «Таджиктекстиль» от канцерогенных металлов и красителей.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ТГНУ (1996-1999 гг.); на конференции, посвященной 50-летию ТГНУ (Душанбе, 1998г.); на международной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки, члена- корреспондента АН РТ, профессора Шукурова О.Ш. (Душанбе, 1998г.); на юбилейной научно-практической конференции «Проблемы современной химической науки и образования», посвященной 40-летию химического факультета и 65- летию д.х.н., профессора Якубова Х.М. (Душанбе, 1999 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 10 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 130 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, выводов, списка цитируемой литературы, содержащей 115 наименований. Работа включает 9 таблиц и 35 рисунков.

ВЫВОДЫ

1. Физико-химическими методами анализа определен макро- и микрохимический состав разновидностей глинистых адсорбентов Юго-западных регионов Таджикистана.

По содержанию макрохимического состава исследуемых образцов была сделана классификация глинистых адсорбентов. Установлено, что анализируемые образцы по химическому составу относятся к монтмоиллониту.

2. Установлены важные технологические параметры, а именно, дисперсность, набухаемость и обменная сорбционная емкость изучаемых образцов монтмориллонита.

3. Исследованы структура и пористость исследуемых образцов монтмориллонита методом рентгенографии. Установлено, что некоторые образцы адсорбентов по пористости более малодисперсные и при этом распределения по размерам пор составляют 50 - 150 А, а их концентрация составляет 28,0см. Следовательно, на субмикроскопическом уровне эти сорбенты могут быть рекомендованы в качестве хорошего адсорбента для очистки промышленных стоков от канцерогенных веществ.

4. Изучена сорбция гидроксокомплексов 3d - переходных элементов в зависимости от рН, сложного солевого фона и концентрации сорбируемого микрокомпонента на монтмориллоните. Выявлено, что область полного концентрирования их лежит в пределах рН 6,5-7,8.

5. Спектрофотометрическим методом изучены электронные спектры поглощения гидролизных форм Cr(III,VI), Co(II), Ni(II), Cu(II) и Zn(II) в зависимости от рН и их концентрации до и после сорбции. Установлено, что с увеличением степени замещения полосы поглощения в спектрах электронного поглощения гидролизных форм сдвигаются в видимую область (в более низкочастотную область).

6. Исследована кинетика сорбции метиленвиолетта и метиленового голубого в зависимости от их концентрации и времени на монтмориллоните. Установлено, что времяполной сорбции этих красителей зависит от их концентрации.

7. Разработана модифицированная методика УрН-метрии на основании уравнения баланса гидроксильных групп и экспериментальных данных найдено число таких групп, принимающих участие в элементарных актах сорбции. На основании комплекса физико-химических методов исследования установлен новый механизм координационного взаимодействия 3d - переходных элементов и красителей, основанный на захвате гидролизных форм активыми центрами сорбционной поверхности монтмориллонита.

8. На основании полученных экспериментальных данных составлен материальный баланс; составлен и произведен монтаж технологической линии очистки производственных стоков ДЭПО локомотивного хозяйства от канцерогенных и поверхностно-активных веществ на монтмориллоните.

1. Дир У.А., Зусман Дж. // Породообразующие минералы. Справочник т. 4, М.: Мир, 1966., с.386.

2. Мачобели Г.А. Месторождения бентонитовых глин СССР и их связь с вулканизмом. Сб. «Вулканогенно-осадочные формации и полезные ископаемые».-М.:Наука,1965.

3. Природные сорбенты.-М.: Наука, 1967.-С.218-222.

4. Кариев А.Р., Бабаев Ш.А., Бабаев B.C., Солибаев Г.Х. Бентонитовые глины палеогена разреза Гуруфатьма (южный Гиссар) и их литолическая характеристика // Докл.АН Тадж. ССР, 1990. -Т.ЗЗ, № 8.-С.541-544.

5. Кариев А.Р., Бабаев B.C. / Бентонитовые глины палеогена юго-западного Таджикистана и перспективы практического их применения // Новые материалы по геологии Таджикистана.-Душанбе: Дониш, 1991.-С.97-101

6. Кариев А.Р., Бабаев B.C. Бентонитовые глины палеогена юго-западного Таджикистана и возможности их практического применения // Изв.АН Тадж.ССР, отд.физ.матем., хим. и геологич.наук, 1991, № 3.-С.23-28.

7. Бабаев B.C., Кариев А.Р. Петрографические особенности, минеральный и химический состав глинистых пород сузак-ского яруса месторождения Топкок (Северный Таджикистан) // Изв.АН РТ отд.науки о земле, 1993, № 2. С.49-53.

8. Кариев А.Р., Салибаев Г.Х. О наличии бентонитовых глин в Кушанском горизонте палеогена юго-западного Таджикистана // Докл.АН РТ. -1994.-Т.37,№ 11-12.-С.56-60.

9. Кариев А.Р. Бентониты Таджикистана в народном хозяйстве. Душанбе.-1997.-С.7-17.

10. Гиллебренд В.Ф., Лендель Г.Э., Брайт Г.А., Гофман А.И. Практическое руководство по неорганическому синтезу. М.: Госхимиздат. -1957. -С.814-868.

11. С.С.С. Отраслевой стандарт. Бентониты для винодельческой промышленности. ОСТ. 18-49-71, издание официальное. Министерство пыщевой промышленности СССР, Москва.

12. Дубинин М.М. Физико-химические основы сорбционной техники. Изд.2, М.: ОНШИ.-1935.

13. Гаузер Е., Лебо Д. Коллоидная химия глинистых минералов и пленок. -М.: Гостализдат, 1947.

14. Заводнов С.С., Фаенко Н.Г. Гидролитические материалы. 1964, 96.-С.148.

15. Ахметов Н.С // Неорганическая химия. -М.:, Высшая школа. -1974.-С.531.

16. Справочнник химика. -T.III, 1964. -С. 119 и 165.

17. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. // Современная неорганическая химия. -М.: Мир. -Т.2, 1969. -С.339.

18. Новиков А.И., Гордеева Л.Н. Соосаждение тория с гидратированными окислами железа (Ш), циркония и марганца (П) // Радиохимия. -Т. 13, №6.-1971.-С.793-797.

19. Новиков А.И., Голикова Б.В., Закревская Т.М., Самойлова В.Ф., Щекотурова Е.К., Чернобережский Ю.М. Ультромикро-скопическое исследование состояния оксида железа (Ш) при использовании его в качестве сорбента радионуклидов // Радиохимия. -Т.34, №1.-1985.

20. Мелихов И.В., Орлова С.А., Пешкова В.М. Изучение сорбции оксигидратами методом рН-метрии // Радиохимия. -Т. 18, №6.1976. -С.822-826.

21. Оффенгенден Е.Я., Мирзоева М.М., Якубов Х.М. Хомидов Б.О., Юсупов Ш.Т. Состояние кобальта разнойстепени окисления в уксусноводных растворах // Журн.Общ.Химии.-Т.57, вып. 11.-1987. -С.2427-2434.

22. Брегг У.Л., Клорингбулл Т.Ф. Кристаллическая структура минералов. -М.: Мир.-1967.-С.271-273.

23. Природные сорбенты. М.: Мир.-1967.-С.32-33.

24. Ovcharenco Е.О. Proceedings of the International clay Conference. Vol Israel, Jerusalem.-1989.-P.299.

25. Максин В.И., Валйская E.A. Осаждение гидроксидов и гидроксокарбонатов железа, никеля и меди из технологичес ких растворов // Химия и техология воды. -1989. -Т. 11, с.1. -С.12-15.

26. Файзуллина Э.П., Назаров В.Г., Неклюдова Т.Г. Удаление соединений хрома (VI) в процессе коагуляционной счистки сточных вод красильно-отделочных производст (КОП) шерстяной промышленности // Химия и технология воды. -1988. -Т. 10, №5. -С.444-447.

27. Рогов В.И., Филипчук В.П. Применение электрохимического изменения рН и Еп в технологии очистки воды // Химия и технология воды. -1985. -Т.7, №1. -С.43-46.

28. Гелес И.С., Понькина Н.А., Литвинова В.Б. Изучение возможности эффективной очистки сточных вод от катионов красителей с использованием гидролизного лигнина // Химия и технология воды. -1990. -Т.12, №8. -С.706-710.

29. Хохлов Г.Л., Никитин Ю.С., Горковенко П.Г., Детистова А.Л. Адсорбция красителей из вод на модифицированных кремнеземах // Химия и технология воды. -1990. -Т.12, № 6. -С.315-318.

30. Тарасова Ю.И., Дорошенко В.Е., Руденко В.М., Иванова В.Г. Адсорбция анионных красителей на угольно-минеральных сорбентах (УМС) // Химия и технология воды. -1988. -Т. 10, №4. -С.315-318.

31. Роква М.Л., Могабели Г.А., Меробишвили М.С. Поиск, разведка и оцека месторождений бентонитовых глин. -М.: Недра.-1971.

32. Требования промышленности к качеству минерального сырья. -1959-1962. -М.: Госгеолиздат. -Вып.54.

33. Шептала Н.С. Руководство по физико-химическому анализу глинистых растворов, глин, утяжителей и реагентов. -М.: Недра.-1974.

34. Герасимов В.И., Цванкин Д.Я. Влияние формы кристаллита на малоугловые рентгеновскин рефлексы. ВМС. А 9. 2652.

35. Марижен В.А., Слуукер А.И., Ястребинский А.А. Изменение интенсивности дифракции рентгеновских лучей // ФТТ. 7. 1965. -С.2534-2538.

36. Китайгородский А.И., Цванкин Д.Н. К вопросу о структуре целлюдозы. ВМС. 2.1959.-С.279-286.

37. Гинзбург Б.М. // Автореферат.Дис. . .канд.наук.-Л.,1969.-С.14.

38. Слуцкер A.M., Куксенко B.C. Аппаратура и методы рентгеновского анализа. -С.84-98.

39. Гиллебоанд В.Ф., Лендель Г.Э., Брайт Г.А., Гофман А.И. Практическое руководство по неорганическому анализу.-М.: Госхимиздат -1957. -С.814-868.

40. Химический фазовый анализ алюминиевого сырья и неметаллических полезных ископаемых. М.: Недра. 2963.-С. 178.

41. Поиск, разведка и оценка месторождений бентонитовых глин. Под ред.Рокова М.Л., Могабели Г.А., Меробишивили М.С.-М.: Недра.-1971.-76с.

42. Арипов Э.А. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование.-Ашхабад: Фан.-1970.-119с.

43. Бентониты для винодельческой промышленности. ОСТ .18-4971. Министерство пищевой промышленности СССР. -М.:-С.З-10.

44. Гинье А. Рентгеннография кристаллов. М.:Физматгиз. 1961. 604 С.

45. Китайгородский А.И. Рентгеноструктурный анализ мелкокристаллических и аморфных тел. М.: Л.Гостехиздат. 1952. 588 С.

46. Соосаждение с гидроксидами. Душанбе. В.2. 1977. С.3-4.

47. Sillen. L.Martell А.Е.Stability Constants of metallion Complekes. -London, 1964. P.1.357P. Suppi iss. 1971.P.1. 234 P.

48. Рипон P., Чамяну И. Неорганическая химия. М.: Мир. Т.2. 1972. 871 С.

49. J.Chem. Soc. 1964. -Р.539.

50. Плотников Е.И. Закономерности и механизм соосаждения малых количеств элементов с гидроокисями металлов. // Диссер тация. Каз.гос.ун-т. 1972. Алма-Ата.52