ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ CR(VI) ИЗ СТОЧНЫХ ВОД СКОРЛУПОЙ ГРЕЦКОГО ОРЕХА

Сточные воды промышленных предприятий машиностроения, металлургии и других отраслей, в которых используются процессы травления и гальванической металлообработки, характеризуются сложным переменным составом и высокой токсичностью. Гальванотехника - одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, так как гальваностоки содержат ионы цветных и тяжелых металлов, таких как цинк, медь, хром, никель [1].

Для выделения хрома из сточных вод различных промышленных предприятий довольно широко применяются сорбционные методы, позволяющие повторно использовать очищенную воду в замкнутых системах водного хозяйства предприятий. В качестве сорбентов используют различные искусственные и природные пористые материалы, имеющие развитую поверхность (синтетические сорбенты, активированный уголь, отходы производства - зола, шлаки, опилки) [2, 3].

Практическая задача заключается в подборе дешевых материалов, имеющих невысокую стоимость, но достаточную глубину очистки. В качестве сорбентов авторы ряда работ используют отходы пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленностей и сельскохозяйственных отходов [4, 5].

Целью данной работы является исследование сорбционной способности ореховой скорлупы по отношению к хромсодержащим сточным водам.

Для проведения экспериментов был приготовлен модельный раствор из дихромата калия, марки х. ч., с концентрацией Cr(VI) 104 мг/л.

Сорбцию проводили в статических условиях. В колбу емкостью 250 мл помещали 100 мл раствора дихромата калия с концентрацией Cr(VI) 104 мг/л, загружали немодифицированную скорлупу грецкого ореха (фракция 2 – 2,5 мм), доводили pH раствора до определенной величины. Колбы плотно закрывали пробками, содержимое перемешивали в течении трех часов и оставляли на сутки при комнатной температуре. Каждые 1, 2, 3 часа и сутки отбирали пробы, определяли остаточную концентрацию Cr(VI) и рассчитывали конверсию по формуле:

   ,

где C₀ – исходная концентрация Cr(VI), мг/л; C_ост – остаточная концентрация Cr(VI), мг/л.

Остаточную концентрацию Cr(VI) определяли на фотоэлектроколориметре КФК-3 известным экспресс - методом по собственной окраске раствора [6].

В работе было изучено влияние на процесс сорбции кислотности среды, соотношения сорбент: раствор, времени сорбции.

При изучении влияния кислотности на процесс сорбции Cr(VI) скорлупой грецкого ореха pH раствора изменяли от 2,5 до 6,0 (2,5, 4,0, 5,0, 6,0 соответственно).

Соотношение сорбент: раствор составляло 1 : 50

Экспериментальные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние кислотности среды на процесс сорбции Cr⁺⁶

Как следует из полученных данных, сорбция Cr(VI) скорлупой грецкого ореха протекала лучше в кислой среде при pH=2,5. Степень конверсии составила 76,8 %.

При изучении влияния массы сорбента на процесс сорбции, эксперимент проводили по методике, описанной выше, массу сорбента – немодифицированную скорлупу грецкого ореха изменяли от 3 г до 10 г (3, 5, 7, 10 г соответственно) на 100 мл раствора, pH раствора поддерживали на уровне 2,5.

Остаточную концентрацию хрома(VI) контролировали через 1, 2, 3 часа и через сутки.

Экспериментальные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние массы сорбента на процесс сорбции Cr⁺⁶.

Как следует из данных, лучшим соотношением сорбент: раствор является 1 : 20, степень конверсии при этом составила 95,5 %.

В результате проведенных исследований нами предложены оптимальные условия сорбции Cr(VI) на немодифицированной скорлупе грецкого ореха:

• фракция сорбента – 2-2,5 мм
• pH = 2-2,5
• соотношение сорбент: раствор = 1:20
• время сорбции – 24 часа
• степень очистки – 95,5 %.

Из литературы [7] известно, что более эффективными сорбентами являются активные угли, полученные обработкой такого сырья, как скорлупа орехов, фруктовых косточек, дерева твердых пород. Скорлупа грецких орехов по твердости близка к древесине березы.

Для получения активного угля, скорлупа грецкого ореха была обработана 10 % серной кислотой. Далее была промыта дистиллированной водой до нейтральной реакции и высушена. После этого была проведена термическая обработка скорлупы при 550-600 градусах Цельсия в течение 30 минут без доступа воздуха. Полученный активный уголь использовали как сорбент для очистки хромсодержащих сточных вод с исходной концентрацией Cr(VI) 104 мг/л.

Сорбцию проводили в определенных ранее оптимальных условиях:

• pH = 2,5
• соотношение сорбент: раствор = 1 : 20
• время сорбции – 24 часа.

Удалось достичь степени очистки 99,5 %. Эта степень очистки позволяет вернуть воду в технологический процесс.

При сорбционной очистке хромсодержащих сточных вод с использованием ореховой скорлупы, образование в реакционных растворах хрома (III) не наблюдалось.

Утилизацию отработанного сорбента можно проводить сжиганием в цементных печах.

Список литературы:

1. Валинурова Э.Р., Гимаева А.Р., Кудашева Ф.Х. Исследование процесса сорбции ионов хрома(III) и хрома(VI) из воды активированными углеродными сорбентами // Вестник Башкирского университета. 2009. Т. 14. No2. С. 385–388.
2.  Щетинская О.С., Соболева О.А. Очистка сточных вод от соединений хрома с помощью шунгита // Вестник Казанского технологического университета.-2017.-Т. 20. №20. – С.128-132.
3. Яковлев С.В., Карелин Я.А. Очистка производственных сточных вод. Учебное пособие для вузов./Под редакцией Яковлева С.С./-М.:Стройиздат, 1985, 335с.
4.  Джимшелеишвили Л.М. Адсорбция хрома (VI) на березовых опилках. // Научное сообщество студентов XXI столетия. Естественные науки. Сб. ст. по мат. XLIX Международной студ. науч-практ. конф.- Новосибирск: Изд. АНС «Сибак».-2016.-NI(36).
5.  Пашаян А.А., Зеркаленкова М.В. Регенерационные технологии очистки сточных вод от соединений хрома без образования гальваношламов. // Вода: химия и экология.-2015.-Т. 79.-NI. -С.89-91.
6. Пашаян А.А., Зеркаленкова М.В. О возможности утилизации электролитов хромирования без образования гальваношламов. //Вестник Казанского технологического университета.-2016.-Т.19.-№9.-С.151-154.
7. Величко Б.А., Шутов Л.А., Рыжакова А.А. Пат. РФ № 2079359, 1995.