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.-Н2О). 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: 2300;