Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка магнитных сорбентов на основе Fe3O4 для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

ФИО: Кузьмин А.Г.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: д.т.н. Полисан Андрей Андреевич, к.х.н Лукашев Роман Валерьевич

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Материаловедения полупроводников и диэлектриков

Академическая группа: ММП-14-1

В настоящее время принципиально важной экологической задачей является разработка современных технологий и решений для очистки воды от ионов тяжелых и токсичных металлов. Одним из наиболее экономически и технологически эффективных методов очистки воды от ионов металлов являются сорбционные методы [1]. Однако общим недостатком используемых в настоящее время сорбционных материалов является сложность их отделения от очищаемых вод. В связи с этим, в последние годы большой интерес вызывают магнитные сорбенты, обладающие важным технологическим преимуществом: возможностью быстрого и эффективного удаления из очищаемой системы с помощью магнитного поля (рис. 1(а) – 1(в)). Наиболее широко используемыми материалами для получения указанных сорбентов являются магнитные оксиды железа Fe3O4 (магнетит) и γ-Fe2O3 (маггемит), характеризующиеся высокой сорбционной емкостью и эффективностью очистки воды в сочетании с низкой стоимостью [2].

Рисунок 1 – Стадии очистки модельных растворов от ионов Co(II) с помощью магнитных сорбентов Fe3O4: исходный раствор (а), после добавления магнитного сорбента (б), после очистки и отделения сорбента магнитом (в) и изотермы сорбции ионов тяжелых металлов (г)

Синтез магнитных сорбентов на основе Fe3O4 осуществляли путем механохимической обработки порошка железа с водой с использованием планетарной шаровой мельницы. Данный подход позволяет получать сорбенты с высокой удельной поверхностью (до 30–35 м2/г), что имеет принципиально важное значение для их использования в сорбционных процессах. Изотермы сорбции ионов Co (II) и Ni (II) из водных растворов синтезированными порошками имеют Ленгмюровский вид (рис 1(г)). Максимальные адсорбционные емкости сорбента (qm), рассчитанные с использованием изотермы сорбции в координатах линейной формы уравнения Ленгмюра, составили 0,5 ммоль/г для Co (II) и 0,65 ммоль/г для Ni (II). При этом, максимальная адсорбционная емкость Fe3O4, полученного методом соосаждения хлоридов железа (II) и (III) с последующим высокотемпературным отжигом, составляет 0,25–0,3 ммоль/г. Представленные данные свидетельствуют о том, что полученные методом механообработки порошки на основе Fe3O4 характеризуются повышенной сорбционной емкостью при очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов (более чем в 2 раза). Таким образом, механохимический метод позволяет получать магнитные сорбенты с высокой концентрацией активных адсорбционных центров – перспективных материалов для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов.

Список литературы

1. Hua M., Zhang S., Pan B. et al. J. Hazard. Mater. 2012. V. 211-212. P. 317-331.

2. Лукашев Р.В., Занавескин К.Л., Кузьмин А.Г. Журнал прикладной химии. 2014. Т. 87. № 9. С. 1372-1378.