Влияние pH среды на сорбционные свойства неактивированного углеродного материала

Для исследования был взят образец ПО, полученный при температуре 600 ºС. Время сорбции - 30 минут. Степень сорбции ионов элементов изучалась в интервале рН от 1,5 до 11,5. Полученные результаты приведены в таблице 5.

У всех исследуемых элементов (кроме Sn и Au) степень сорбции возрастает с увеличением величины рH. В случае олова и золота степень сорбции растёт только в интервале рН от 1,5 до 8, а затем понижается. Золото сорбируется на 98-100% в интервале рН равным 1,5 – 8, но затем после рН = 8 степень сорбции понижается до 89%. Следует отметить также, что при достижении рН 11,5 происходит снижение степени поглощения Cd, Pb, Zn, Ni, и Cr.

 

4.1.2 Сорбция элементов на сорбенте, активированным перекисью водорода (ПОакт.- Н2О2)

Изучение сорбционных свойств сорбента (Ткарб. = 700 ºС), активированным 30%-ным раствором перекиси водорода проводилось в интервале рН = 1-11. Результаты опытов представлены в таблице 6.

 

Таблица 5 - Зависимость степени сорбции ионов элементов от рН на карбонизованном сорбенте ПО (Т карб. = 600 ºС, τсорбции= 30 минут)

 

Элемент pH
1.5 2.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.5
Степень сорбции, %
Cr 84.5
Ni 94.5
Zn
Sn 27.5 82.5 84.5 93.5 92.5 87.5
Cd
Au 95.5
Cs 79.5
Sr
Pb 94.5

 

Таблица 6 – Зависимость степени сорбции элементов от рН на ПОакт.- Н2О2

 

Элемент pH
Степень сорбции, %
Cr 89.3 89.8
Ni 96.2 97.5
Zn 94.0 98.3
Sr 61.2 67.5 71.6 76.5 87.7
Cd 96.8 98.2
Sn 83.4 91.1 94.9 96.5 91.7
Cs 80.0 79.5 78.6 78.7 78.6
Au 99.7 99.4 96.3 91.8
Pb 99.0 99.3 99.4

 

Опыты показали, что с увеличением рН раствора от 7 до 11 Cd, Pb, Zn, Ni, Cr сорбируются на 100%, то есть активация карбонизованного сорбента раствором перекиси водорода улучшает его сорбционные свойства по отношению к этой группе металлов. Степень сорбции Сs практически не меняется в сравнении с неактивированным сорбентом, а степень сорбции Sr увеличивается до 88%. Поведение Au остается неизменным в сравнении с неактивированным сорбентом; степень сорбции зависит от рН раствора: в интервале рН от 1 до 7 она составляет 98-100%, а с увеличением рН до 11 она снижается до 91,8%.

4.1.3 Сорбция элементов на сорбенте, активированном аммиаком (ПОакт. – NH3)

Активацию сорбентов, полученных при различных температурах карбонизации пшеничных отрубей, проводили 10%-ным раствором аммиака. Изучалась зависимость сорбционных свойств материала от времени сорбции, температуры карбонизации и рН раствора.

В таблице 7 представлены результаты сорбции ионов элементов в зависимости от времени сорбции и температуры карбонизации (600, 700 и 800 ºС). Кинетика сорбции изучалась при рН раствора в интервале времени 5, 15, 30, 60, и 90 минут.

Для исследования кинетики сорбции брались сорбенты, полученные при температуре карбонизации пшеничных отрубей 600, 700 и 800 ºС и обработанные 10%-ным раствором аммиака. Установлено, что все изучаемые элементы количественно сорбируются активированным сорбентом при рН =7 в первые 5 минут эксперимента и степень сорбции практически не зависит от температуры карбонизации пшеничных отрубей при данных условиях проведения эксперимента.

 

Таблица 7 – Зависимость степени сорбции элементов от времени и температуры карбонизации

 

Элемент Время сорбции, мин Температура карбони-зации, ºС
Степень сорбции, %
Sr 63.3 65.0 65.1 64.9 64.8
Cd 94.4 95.8 96.3 96.5 97.0
Cs 80.3 80.0 79.5 80.0 79.5
Au 97.0 97.1 96.8 97.2 97.6
Pb 96.4 97.4 98.0 98.5 98.3
Cr 92.3 96.5 96.1 95.9 96.9
Ni 94.0 96.1 96.2 96.5 96.8
Zn 96.7 98.3 98.2 97.9 98.3
Sn 94.0 97.0 97.6 97.5 96.9
Sr 67.5 67.1 67.5 68.2 68.0
Cd 97.1 98.7 98.8 99.2 98.9
Cs 80.1 80.0 80.0 80.0 79.6
Au 98.8 98.9 99.0 99.2 99.6
Pb 98.6 99.0 99.2 99.5 99.6
Cr 96.8 98.2 99.1 98.6 98.8
Ni 97.7 99.2 99.3 99.6 99.3
Zn 99.0
Sn 95.7 97.5 98.0 97.8 97.7
Sr 65.0 65.1 65.0 65.2 65.5

Продолжение таблицы 7

 

Cd 95.0 95.7 95.6 96.2 96.5
Cs 79.2 79.2 79.2 79.1 79.0
Au 95.3 96.8 97.2 97.6 97.9
Pb 96.2 97.5 99.6 99.7 99.8
Cr 95.2 99.8 99.5 99.7
Ni 94.7 96.8 97.0 97.1 97.3
Zn 97.6 99.2 99.4 99.3 99.6
Sn 95.3 97.5 97.5 97.5 97.3

 

Результаты, представленные в таблице 8, получены при проведении экспериментов по изучению зависимости сорбционных свойств ПОакт. – NH3 от рН сорбции, полученного при различных температурах карбонизации и активированных аммиаком.

Экспериментально установлено, что для таких элементов как Сs, Sr, Cd, Pb степень сорбции растет с увеличением рН раствора. В диапазоне рН от 7 до 12 Cd и Pb почти полностью сорбируются на активированном сорбенте, при этом установлено, что степень сорбции этих элементов не зависит от температуры карбонизации. Для Сs и Sr наибольшая степень сорбции наблюдается на активированном сорбенте, полученном при температуре карбонизации 400ºС, но во всех случаях не достигает 100%.

Степень извлечения Au в диапазоне рН от 1,5 до 7 составляет 100%, но затем падает с увеличением рН, причем, чем ниже температура карбонизации, тем меньше сорбционная активность ПО по отношению к Au.

 

Таблица 8 – Зависимость степени сорбции элементов от рН и температуры карбонизации

 

Эле-мент рН Темпера-тура карбони-зации, ºС
1.5 3.0 6.0 7.0 9.5
Степень сорбции, %
Sr 34.0 47.7 51.3 68.9 73.8 80.5 - 86.4 400
Cd 28.0 90.1 91.4 -
Cs 12.0 71.5 71.3 71.0 79.0 79.1 - 83.0
Au 78.3 73.6 - 72.8
Pb 14.5 87.1 - 98.5
Sr 34.0 38.3 49.6 51.4 51.0 68.4 74.5 76.7
Cd 23.0 84.3 95.6 96.3 97.3
Cs 67.0 67.3 67.7 67.8 67.7 70.0 70.0
Au 96.3 94.8 88.6 75.3 74.5

Продолжение таблицы 8

 

Pb 63,5 86.3 98.9 99.8 99.6
Sr 35.0 36.1 47.0 50.1 59.4 65.3 71.0 73.1
Cd 21.0 86.0 93.0 95.5
Cs 15.0 69.5 70.0 70.0 69.6 69.4 71.5 74.4
Au 99.7 99.7 95.6 94.1 92.1 89.6
Pb 15.0 87.0 96.2 98.6
Sr 34.0 40.0 51.5 51.4 62.3 70.8 71.0 74.0
Cd 21.8 86.7 98.7 99.3
Cs 20.0 66.4 66.3 66.4 66.5 66.4 73.0 78.2
Au 99.6 99.7 98.6 96.7 92.7 91.0
Pb 78.6 94.6 98.7
Sr 30.0 51.8 61.0 65.2 70.1 71.8 - 75.0 800
Cd 14.0 91.3 93.4 96.5 -
Cs 18.3 77.1 77.1 77.1 76.5 76.9 - 78.4
Au 97.1 95.3 - 92.1
Pb 13.5 90.5 97.8 98.5 - 99.5

 

4.1.4 Сорбция элементов на сорбенте, активированным водой (ПОакт. – H2O)

Активированию водой подверглись образцы ПО, полученные при температуре 500, 600, 700 и 800 ºС.

 

Таблица 9 - Зависимость степени сорбции ионов элементов от рН и температуры карбонизации ПО, активированных водой (дистиллят)

 

Элемент рН Темпе- ратура карбо-низа- ции,ºС
1.5 11.5
Степень сорбции, %
Cr 9.3 77.9 78.1 82.1 94.7 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Ni 12.7 82.8 83.4 91.0 94,0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Zn 23.0 52.0 70.8 90.1 90.3 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Sr 37.0 40.1 48.0 56.7 55.2 66.7 69.7 69.4 70.2 70.5
Cd 18.8 81.1 83.2 92.6 92.6 98.7 99.5 100.0 99.3 100.0
Sn 18.3 77.4 81.8 82.6 86.1 93.0 93.5 87.6 95.7 81.8
Cs 16.1 73.9 73.6 73.6 74.2 74.0 74.2 74.0 74.1 74.0
Au 97.4 100. 100. 98.8 98.0 97.6 87.7 85.3 81.6 72.4
Pb 12.8 81.0 93.4 99.3 99.2 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Cr 10.0 80.2 81.3 82.9 97.5 97.7 100.0 100.0 100.0 -
Ni 15.9 84.6 85.8 90.9 95.5 98.1 100.0 100.0 100.0 -
Zn 22.6 51.7 73.6 90.4 99.4 100.0 100.0 100.0 100.0 -
Sr 35.8 48.0 51.6 57.5 60.4 59.7 64.9 65.0 65.7 -

Продолжение таблицы 9

 

Cd 11.2 83.7 84.6 91.7 94.1 96.6 100.0 100.0 100.0 -
Sn 26.6 79.7 80.4 80.3 93.8 93.7 93.1 90.1 87.2 -
Cs 17.0 76.5 76.4 75.9 74.8 76.4 76.2 76.5 76.8 -
Au 97.3 99.1 99.7 100. 99.1 96.6 95.3 95.1 92.3 -
Pb 13.1 84.4 90.9 97.7 99.2 100.0 100.0 100.0 100.0 -
Cr 17.3 82.0 85.0 87.0 88.8 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Ni 21.4 88.1 89.6 94.0 98.9 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Zn 22.5 51.9 72.0 94.3 97.9 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Sr 37.5 44.6 49.0 63.4 61.9 63.4 75.3 76.3 76.6 74.1
Cd 24.6 87.6 91.0 93.6 91.6 98.9 100.0 100.0 100.0 100.
Sn 22.9 86.1 83.5 83.8 81.0 94.0 94.5 93.6 91.5 81.0
Cs 19.8 79.0 78.8 79.1 78.4 78.8 79.0 78.5 78.3 78.8
Au 97.9 99.8 100. 99.6 95.3 94.1 97.4 91.6 87.7
Pb 22.8 92.0 93.2 98.6 99.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Cr 9.3 81.0 83.5 89.1 92.9 100.0 100.0 100.0 - -
Ni 12.0 86.5 90.1 94.0 95.0 100.0 100.0 100.0 - -
Zn 21.9 20.0 73.1 92.4 97.7 100.0 100.0 100.0 - -
Sr 36.7 43.0 50.5 64.7 66.4 69.2 72.0 72.0 - -
Cd 14.0 85.0 87.3 94.4 96.1 98.7 100.0 100.0 - -
Sn 13.6 84.0 84.6 85.5 93.6 96.4 96.9 96.9 - -
Cs 15.0 75.4 78.3 79.4 79.3 80.8 80.0 80.0 - -
Au 100.0 100.0 100.0 100.0 99.5 97.9 97,1 96,4 - -
Pb 12.0 83.0 95.1 98.8 100.0 100.0 100.0 100.0 - -

 

Изучение сорбционных свойств ПОакт. – H2O проводили в зависимости от рН в интервале 1,5 - 11,5. Время сорбции 30 минут. Результаты экспериментов приведены в таблице 9.

Установлено, что степень сорбции всех элементов зависит от рН раствора. Для Zn, Ni, Cr при рН = 8 наблюдается максимальная степень сорбции вне зависимости от температуры карбонизации. Максимальная степень сорбции олова наблюдается на ПО-800 ºС при рН = 8-9 и составляет ~ 97%. Степень сорбции Pb достигает 100% в диапазоне рН = 6-11,5 для углеродных материалов всего температурного интервала. Степень извлечения Cd достигает 100 % в пределах рН = 9 - 11,5 вне зависимости от температуры карбонизации.

Что касается сорбции Au, то она зависит от рН раствора и температуры карбонизации ПО:

· в диапазоне рН = 1,5 - 7 идет полная сорбция Au, после рН = 7 она начинает падать;

· с уменьшением температуры карбонизации сорбция Au понижается. Например, на сорбенте, полученном при температуре карбонизации 500 ºС наблюдается наибольшее уменьшение степени сорбции.

Сорбция Сs и Sr не достигает максимальных значений и находится в пределах ~ 80%, причем для Сs интервал рН составляет 3 - 11,5. Для Sr начальное значение рН, при котором наблюдается наибольшая степень сорбции, находится в более щелочной области.

По результатам проведённых испытаний можно сделать следующий вывод:

1) Токсичные элементы.

Экспериментально установлено, что с увеличением рН до 8 степень сорбции Ni, Cd, Cr, Zn растет и достигает 100%, при дальнейшем увеличении рН до 12 она остается постоянной. В отличие от этих элементов у Sn степень сорбции растет в интервале рН от 1,5 до 7-8, затем после рН > 8 она снижается. Степень сорбции этих элементов не зависит от метода активации карбонизованных сорбентов и температуры карбонизации.

2) Радиоактивные элементы.

У Sr стабильный (90Sr) степень сорбции постепенно возрастает в интервале 1,5 -11 и достигает 87,7% для карбонизованного сорбента, активированного Н2О2 (700 ˚С). Для карбонизованного сорбента, активированного ПОакт.– NH3, характер зависимости степени сорбции от рН тот же, но имеет место зависимость ее от температуры карбонизации: максимальная степень сорбции наблюдается при температуре карбонизации 400ºС и составляет 86,4%.

Из всех исследуемых элементовCsстабильный (137Cs) отличается плохой сорбируемостью на активированных ПО. Максимальная степень сорбции Csстабильный (137Cs) составляет ~ 80% при рН = 3 и остается постоянным до рН = 11,5 для активированного сорбента (ПОакт.2О). Для активированного сорбента (ПОакт.–NH3) степень сорбции Csстабильный (137Cs) достигает максимума при рН = 3 и до рН = 10 практически не меняется, а свыше рН = 10 она опять возрастает и степень сорбции зависит от температуры карбонизации сорбента, активированного аммиаком.

Возможно, чтобы повысить сорбционную активность карбонизованного сорбента по цезию необходимо проводить сорбцию в более щелочной области (рН > 12) или модификацией карбонизованного сорбента методом пропитки раствором гексацианоферратом калия и никеля с проведением процесса сорбции при рН= 5-11, что позволит селективно сорбировать цезий даже из засоленных растворов (140 г/дм3).

Что касается Pbстабильный (210Pb), то его поведение при тех же условиях проведения экспериментов, сравнимо с поведением токсичных элементов. С увеличением рН до 7 степень сорбции Pbстабильный (210Pb) возрастает, достигая максимума - 100% и остается постоянной в интервале рН от 7до 11,5.

Степень сорбции Pbстабильный (210Pb) не зависит от метода активации карбонизованных сорбентов и температуры карбонизации.

 








Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 2293;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.024 сек.