Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование сорбционных свойств термообработанных оболочек плодов пшеницы в целях очистки никельсодержащих вод

Сведения об участнике
ФИО
Назаренко Алеся Андреевна
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
Экология
Тема
Исследование сорбционных свойств термообработанных оболочек плодов пшеницы в целях очистки никельсодержащих вод
Резюме
Исследована возможность использования в качестве сорбента термообработанных оболочек плодов пшеницы для очистки вод от ионов никеля (II). Выполнен сравнительный анализ с активированным углем. Установлено, что получение данного сорбента целесообразно в экологическом и экономическом плане ввиду низкой стоимости материала, простоты получения, высоких сорбционных свойств, возможности утилизации вторичного сырья.
Ключевые слова
Ионы никеля, оболочки плодов пшеницы, термообработка, активированный уголь - убф, кинетика процесса.
Цели и задачи
Цель раюоты заключается в изучении процесса сорбции ионов никеля термообработанными оболочками плодов пшеницы.
Введение

Никель и его соединения широко применяются во многих областях науки, техники, промышленности [1]. Но, в тоже время, наблюдается его негативное воздействие на окружающую среду [2]. 

Для удаления ионов никеля из растворов наиболее доступным и эффективным является сорбционный метод очистки [5]. В связи с этим встает вопрос о поиске новых эффективных экологических сорбентов с низкой стоимостью на рынке.

Особо приоритетным является получение сравнительно дешевых сорбционных материалов на базе отходов промышленности [6]. С этой целью можно использовать отходы агропромышленного комплекса – оболочки зерен пшеницы, овса, ячменя, риса, свекловичный жом и другие [9]. Для увеличения сорбционных свойств сорбентов проводят термообработку [10]. 

Методы и материалы

Для очистки воды от ионов никеля использовались образцы ТОПП, термическая обработка которых проводилась при температуре 150-160 0С в течение 15 мин.

В 5 мерных цилиндров приливалось 200 см3 раствора, содержащего ионы Ni2+ концентрацией 50 мг/дм3, добавлялся 1 г образца. Содержимое перемешивалось в колбах на аппарате PSU-20i в течение 5; 30; 60; 90; 120 минут. Содержание Ni2+ измерялось с помощью фотометрического метода. Параллельно проводился эксперимент с активированным углем.

Фотометрический метод определения массовой концентрации ионов никеля основан на взаимодействии ионов никеля в слабоаммиачной среде в присутствии сильного окислителя с диметилглиоксимом с образованием комплексного соединения красного цвета. Максимум светопоглощения соответствует длине волны λ=445 нм.

Использовались следующие реактивы:

Аммиак водный по ГОСТ 3760.

Диметилглиоксим по ГОСТ 5828.

Бром по ГОСТ 4109.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.

Описание и обсуждение результатов

 

Для определения механизма сорбции, провели эксперименты при разных температурах, составляющих 278, 293, 313 К, при этом пробы отбирались через каждые 10, 20, 30, 40 мин и определялось остаточное содержание ионов никеля в пробах.

Для более полного изучения процесса сорбции определим термодинамические параметры, а именно – порядок реакции k, энтальпию ∆H, энтропию ∆S, энергию Гиббса ∆G и энергию активации Ea.

Таблица 1 – Термодинамические параметры сорбции ионов Ni (II) термообработанными оболочками плодов пшеницы

T, К

k,

 г·мг-1·мин-1

∆G, кДж

∆H, кДж/моль

∆S, Дж/моль·К

278

10,382

-5,906

 

-47,895

-151,039

293

1,188

-0,556

-161,565

313

0,429

-0,439

-151,615

 

Для определения механизма сорбции ОПП провели эксперименты при температурах – 278, 313, 333 К. Пробы отбирались через каждые 10, 20, 30, 40 мин и определялось остаточное содержание ионов никеля в пробах.

Термодинамические параметры сорбции ионов Ni (II) оболочками плодов пшеницы приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Термодинамические параметры сорбции ионов Ni (II) оболочками плодов пшеницы

T, К

k, г·мг1·мин-1

∆G, кДж

∆H, кДж/моль

∆S, Дж/моль·К

Ea, кДж/моль

278

15,633

-2,300

 

-14,338

-43,304

184,565

313

5,533

0,407

-47,111

99,546

333

2,187

-0,758

-43,387

-68,830

 

Для определения механизма сорбции АУ провели эксперименты при температурах – 278, 313, 333 К. Пробы отбирались через каждые 10, 20, 30, 40 мин и определялось остаточное содержание ионов никеля в пробах.

Термодинамические параметры сорбции ионов Ni (II) активированным углем приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Термодинамические параметры сорбции ионов Ni (II) активированным углем

Т, К

k, г·мг1·мин-1

∆G, кДж

∆H, кДж/моль

∆S, Дж/моль·К

Ea, кДж/моль

278

2,190

-0,388

 

9,273

34,755

-79,771

313

4,461

0,678

29,333

37,995

333

5,623

1,018

28,176

-68,252

 

Выводы:

1. В ходе процесса сорбции ионов никеля (II) установлено, что с увеличением температуры возрастает сорбционная емкость.

2. Судя по полученным термодинамическим параметрам с ростом температуры происходит увеличение энергии Гиббса.

3. С ростом температуры происходит снижение константы скорости.

4. Полученные положительные значения энергии активации подтверждают совершение процесса хемосорбции, что означает, что в процессе поглощения ионов никеля (II) ТОПП происходит взаимодействие с лигнином, к примеру у ТОПП Еа=232,19 кДж/Моль.

5. Отрицательные значения энтальпии образца ТОПП указывает на физическую сорбцию, что так же свидетельствует об экзотермичности процесса (ТОПП – ∆Н=-47,90 кДж/Моль).

6. Максимальная сорбционная емкость для образца ТОПП составляет – 5,28 мг/г.

7. Полученный сорбент ТОПП превосходит по сорбции известный промышленный сорбент – активированный уголь.

Следует отметить, что получение данного сорбента целесообразно в экологическом и экономическом плане ввиду низкой стоимости материалов, простоты получения, высоких сорбционных свойств, возможности утилизации вторичного сырья. 

Используемые источники
1. Суровая, В. Э. Исследование наноразмерных пленок никеля методом Зауэрбрея / В. Э. Суровая, Л. Н. Бугерко, Э. П. Суровой // Ползуновский вестник. – Барнаул, 2015. – С. 90-94.
2. Будников Г. К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем / Соросовский образовательный журнал, №5. – Москва, 1998. – С. 23-29.
3. Фазлиахметова, Р. Р. Очистка модельных вод от ионов никеля реагентом, полученным из шелухи ячменя / Р. Р. Фазлиахметова, Э. Ф. Магизова, С. В. Степанова // Экология и рациональное природопользование агропромышленных регионов – Белгород, 2014 – С. 273-276.
4. Святохина, В. П. Исследование реагентного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов / Специальность 03.00.16 – Экология – Уфа, 2002. – 23 с.
Information about the project
Surname Name
Аlesya Nazarenko
Project title
Investigation of the sorption properties of heat-treated wheat shells for cleaning fruits nickel water
Summary of the project
The possibility of use as a sorbent heat-treated wheat fruit skins for water from the nickel ions (II). A comparative analysis of the activated carbon. It was found that the preparation of the sorbent is expedient in ecological and economic terms, due to low material cost, easy manufacturing, high sorption properties, the possibility of recycling of secondary raw materials.
Keywords
Nickel ions, wheat fruit, heat treatment, activated carbon - UBF, the process kinetics