Главная » 2014 » Август » 17 » Скачать Сорбционные свойства литиевых форм монтмориллонитсодержащих глин. Воловичева, Наталья Александровна бесплатно
9:57 PM
Скачать Сорбционные свойства литиевых форм монтмориллонитсодержащих глин. Воловичева, Наталья Александровна бесплатно
Сорбционные свойства литиевых форм монтмориллонитсодержащих глин
Диссертация
Автор: Воловичева, Наталья Александровна
Название: Сорбционные свойства литиевых форм монтмориллонитсодержащих глин
Справка: Воловичева, Наталья Александровна. Сорбционные свойства литиевых форм монтмориллонитсодержащих глин : диссертация кандидата технических наук : 02.00.11 / Воловичева Наталья Александровна; [Место защиты: Белгород. гос. технол. ун-т им. В.Г. Шухова] - Белгород, 2009 - Количество страниц: 147 с. ил. Белгород, 2009 147 c. :
Объем: 147 стр.
Информация: Белгород, 2009
Содержание:
Введение
Глава 1 Структурные и коллоидно-химические особенности глинистых материалов
11 Состояние вопроса Наноструктурные глинистые минералы как объект коллоидной
1Z 1 химии j 2 2 Зависимость коллоидно-химических свойств глинистых минералов от их состава и строения кристаллической решетки ^
122 Коллоидная система глина - вода
13 Ионный обмен на глинистых минералах
14 Методы модифицирования глин ^ Некоторые аспекты практического использования глинистых материалов
Выводы по литературному обзору3g
Глава 2 Объекты и методы исследования
21 Объекты исследования4Q
22 Обогащение нативного глинистого сырья
23 Кислотная обработка глин
24 Модифицирование глинистого сырья гидроксидом лития
25 Определение химического состава глины
2 ^ Определение содержания примесных элементов в глине методом спектрального анализа
27 Рентгенофазовый анализ 0 Сидементационный метод определения гранулометрического
20 АА состава глин и каолинов
29 Определение массовой доли монтмориллонита
210 Растровая электронная микроскопия
211 Аналитическая просвечивающая электронная микроскопия
2 Определение величины ^-потенциала исходных и модифицированных образцов
2 Определение удельной поверхности и пористости образцов методом низкотемпературной адсорбции азота
214 Пикнометрическое определение истинной плотности образцов 1 Определение сорбционной активности глинистых образцов по
215 - до отношению к метиленовому голубому ну 1 , Определение сорбционной способности образцов по отношению к
210 „ 3+ 2+ 4Q катионам Fe и Си
217 Определение десорбции ионов тяжелых металлов 5Q
218 Определение содержания катионов Fe в водных растворах ^q
219 Фотометрическое определение ионов Си2+ в водных растворах Определение массовой концентрации катионов Са в водных
220 о растворах JA
2 2 j Определение массовой концентрации катионов Mg2+B водных растворах
Глава 3 Результаты работы и их обсуждения ^ Вещественный состав и сорбционные характеристики глин исследуемых месторождений Белгородской области ^
311 Химико-минералогические характеристики исследуемых глин
312 Коллоидно-химические характеристики исследуемых глин
3121 Гранулометрический анализ нативных глин
3122 Состав катионообменного комплекса исследуемых глин ^
3213 Сорбция ионов тяжелых металлов исследуемыми глинами 2 Структурные и коллоидно-химические характеристики модифицированных глин ^
321 Химико-минералогический состав модифицированных глин
322 Электрокинетический потенциал частиц модифицированных глин, gg
323 Определение текстурных характеристик сорбентов
2 ^ Сорбционные свойства модифицированных форм глин исследуемых месторождений
Сорбция метиленового голубого на нативном и 331 модифицированных образцах глины месторождения Маслова
Пристань
222 Сорбция ионов тяжелых металлов на модифицированных образцах глины месторождения Маслова Пристань
2 2 2 Сорбционные свойства модифицированных глин месторождений
Сергиевка и Яблонево
2 ^ Моделирование процесса сорбции ионов тяжелых металлов на монтмориллоните Ю
2 ^ Исследование влияния технологических параметров на эффективность очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов Ю
Выводы по главе jQg
Глава 4 Производственная апробация модифицированных сорбентов и технико-экономическая оценка эффективности их использования ^ Технологическая схема комплексного модифицирования глинистого сырья НО
4 2 Испытание сорбентов при очистке сточных вод автосервисного комплекса Ш л Расчет экономических затрат на очистку сточных вод базового и 43 11 предлагаемого проектов 11J
431 Расчет стоимости модифицированных сорбентов
4 2 2 Расчет экономического эффекта при использовании предлагаемого сорбента в условиях автосервисного комплекса «Таврово» И
42 3 Оценка предотвращенного экономического ущерба от уменьшения загрязнения водного объекта И
424 Расчет предотвращенного экономического ущерба окружающей среде в результате утилизации шлама водоочистки И^
Выводы по главе
Введение:
Научно-технический прогресс и рост производительных сил человечества, помимо повышения уровня жизни людей, несут с собой серьезную проблему -разрушение окружающей природной среды, которое выражается как в прямом ее разрушении, так и в привнесении в нее инородных веществ. Ухудшение экологической обстановки неотвратимо и отрицательно сказывается на здоровье населения, проживающего в городах и их окрестностях. Загрязнение окружающей среды ионами тяжелых металлов - одними из наиболее интенсивных поллютантов - всегда потенциально опасно из-за внедрения тяжелых металлов из гидро- и литосферы через метаболические и трофические цепи в живые организмы, в том числе и человека [1—5].
Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения (глинистые породы, цеолиты и некоторые другие материалы). Использование таких сорбентов обусловлено достаточно высокой емкостью, избирательностью, катионообменными свойствами некоторых из них, сравнительно низкой стоимостью и доступностью (иногда как местного материала) [6, 7]. Поэтому разработка сорбентов на основе природных материалов, как в России, так и во всем мире является перспективным направлением.
На территории Белгородской области сорбционно активные глинистые породы зафиксированы в палеогеновых отложениях. Белгородские глины отличаются высокой адсорбционной емкостью, т.к. содержат в своем составе наноструктурный монтмориллонит [8]. Известно, что повышения качества природных сорбционно активных глинистых материалов можно добиться путем различной обработки химическими реагентами: растворами минеральных кислот, солей, оснований.
Целью настоящей работы является повышение сорбционной способности монтмориллонитсодержащих глин Белгородской области по отношению к ионам тяжелых металлов (ИТМ) в результате комплексного модифицирования, включающего обогащение, сернокислотную обработку и активацию гидроксидом лития.
В связи с этим потребовалось решить следующие задачи:
• детализировать вещественный состав и изучить коллоидно-химические свойства нативных глин месторождений Яблонево и Маслова Пристань Шебекинского района и Сергиевка Губкинского района Белгородской области и дать оценку пригодности их использования в производстве сорбентов;
• исследовать влияние кислотной и гидроксидной обработки на коллоидно-химические свойства глин;
• провести сравнительное исследование сорбционной способности природных и модифицированных образцов глин по отношению к ионам Fe3+ и Си2+; выявить оптимальное соотношение кислотообработанная глина : модифицирующий агент (LiOH);
• исследовать влияние технологических параметров на эффективность очистки сточных вод от ионов Fe3+ и Си2+ природными и модифицированными глинами.
Методы исследований. В работе использованы современные физико-химические методы исследований: рентгенофазовый, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, спектрофотометрический, эмиссионный спектральный, микрорентгеноспектральный, потенциометрический, пламенно-фотометрический. Использование перечисленных методов позволило достаточно полно изучить вещественный состав; текстурные характеристики и сорбционные свойства нативных и модифицированных образцов.
Достоверность результатов работы основывается на использовании сертифицированных ГОСТированных методов исследований, получении результатов, не противоречащих современным научным представлениям и закономерностям.
Работа поддержана грантами РФФИ и Правительства Белгородской области, проекты №06-03- 96318 и № 09-03-97545, Федеральным агентством по образованию (стипендия Президента РФ, 2007-2008 гг. и стипендия Президента РФ на научную стажировку за рубежом (Германия) в 2008 г.).
Тема диссертационной работы соответствует тематике, включенной в координационный план Научного совета РАН по адсорбции и хроматографии (номер темы 2.15.4.М №42).
Научная новизна. Выявлено влияние процессов кислотного, гидроксидного и комплексного кислотно-гидроксидного модифицирования на структурные и коллоидно-химические свойства монтмориллонит-гидрослюдистых глин.
Установлен эффект повышения сорбционной способности монтмориллонит-гидрослюдистых глин по отношению к ионам Fe3+ и Си2+ при комплексном модифицировании, включающем стадии: обогащения, кислотной обработки и активации гидроксидом лития. Предварительная кислотная обработка позволяет увеличить удельную поверхность обогащенных глин, а последующая активация растворами гидроксида лития способствует замещению катионов обменного комплекса глин на катионы Li+, которые, ввиду сильной гидратированности в водных растворах, являются более обменноспособными, что в свою очередь ведет не только к увеличению поглотительной способности глинистых минералов, но и к возрастанию скорости очистки водных сред от ионов Fe3+ и Си2+.
Экспериментально выявлена зависимость эффективности очистки модельных водных растворов от рН среды и соотношения сорбент (природные, обогащенные и модифицированные монтмориллонит-гидрослюдистые глины) :
Л I Л I сорбат (ионы Fe и Си J, а также установлены кинетические закономерности сорбции ионов указанных тяжелых металлов разработанными сорбентами.
Практическое значение работы. Разработан метод комплексного модифицирования монтмориллонитсодержащих глин. При этом в процессе обогащения содержание активной фракции в образце достигает 81,5 масс.%. Обработка обогащенной глины 10%-ным раствором серной кислоты приводит к увеличению удельной поверхности материала до 40 %. При последующей активации гидроксидом лития оптимальное массовое соотношение глина : модифицирующий агент (LiOH) составляет 1 : 0,18.
В результате комплексной обработки получены высокоэффективные сорбенты ИТМ, характеризующиеся поглотительной способностью по отношению к ионам Fe3+ в 10,3 - 14,3 раза, а по отношению к Си2+ в 24,5 - 25,7 раз большей, чем нативные формы исследованных глин.
Установлены технологические параметры очистки сточных вод модифицированными образцами. На примере сточных вод автосервисного комплекса, содержащих не только ионы тяжелых металлов, но и синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и нефтепродукты, показано, что использование модифицированных глинистых сорбентов экономически более эффективно по сравнению с такими широко применяемыми сорбентами, как фиброил и активированный уголь.
При использовании разработанных глинистых сорбентов для очистки сточных вод автосервисного комплекса экономический эффект составит 1,29 о руб/м, по сравнению с сорбентами, используемыми в настоящее время. Экономический эффект от внедрения предлагаемого сорбционного материала при очистке сточных вод только одного автосервисного комплекса «Таврово» составит о
133,63 тыс руб/год при годовом объеме стоков 5,5 тыс м .
Эффективность очистки сточных вод модифицированными сорбентами достигает 98 % и позволяет снизить концентрацию ионов Fe3+ до требуемых санитарных норм при начальной концентрации, превышающей предельно допустимую в 7 - 12 раз. Эффективность использования нативной глины при аналогичном расходе сорбента составляет 75 %.
Теоретические положения и результаты экспериментальных исследований использованы в учебном процессе по дисциплинам «Химическое материаловедение», «Неорганический синтез».
Автор защищает полученные в итоге выполнения работы, следующие новые результаты в виде:
• расширения и получения новых данных о вещественном составе и коллоидно-химических свойствах природных глин месторождений Яблонево и Маслова Пристань Шебекинского района и Сергиевка Губкинского района Белгородской области;
• обоснования возможности использования глин указанных месторождений в качестве экологически безопасного сырьевого материала для производства сорбентов на их основе;
• способа активации природной монтмориллонитовой глины путем комплексной обработки с целью повышения ее сорбционной способности по отношению к ионам Fe3+ и Си2+;
• технологии очистки сточных вод разработанными сорбентами.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на Российско-немецком семинаре «Проблемы загрязненных промышленных площадок, опыт их санации и ревитализации» (Белгород, 2005 г.); II Всероссийской научной конференции с международным участием «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья» (Белгород, 2006 г.); Российской школе-конференции молодых ученых и преподавателей «Биосовместимые наноструктурные материалы и покрытия медицинского назначения» (Белгород, 2006 г.); XI Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва, 2007 г.); Международной конференции «Иониты 2007»
Воронеж, 2007 г.); Ill Международной научной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья» (Белгород, 2008 г.); XII Всероссийской научно-практической конференции «Научное творчество молодежи» (Анжеро-Судженск, 2008 г.); XII Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва-Клязьма, 2008 г.).
По теме работы опубликовано 15 работ, 4 из которых в изданиях перечня ВАК РФ.
Автор выражает глубокую благодарность; научному руководителю, д-ру техн. наук, профессору Везенцеву А.И., доценту кафедры общей химии БелГУ, канд. техн. наук Трубицыну М.А., д-ру техн. наук, профессору БГТУ им. В.Г. Шухова Шаповалову Н.А., заведующему кафедрой Технической химии II, профессору Ольденбургского университета (Германия) Франку Ресснеру, доценту кафедры общей химии БелГУ Перистой Л.Ф., канд.хим.наук, ассистенту кафедры общей химии БелГУ Гудковой Е.А., канд.техн.наук, старшему преподавателю кафедры общей химии БелГУ Дудиной С.Н., сотруднику ЦНСМ БелГУ, канд. физ.-мат. наук Белякову А.Н., сотруднику ЦНСМ БелГУ Колесникову Д.А., руководителю лаборатории рентгеноструктурного анализа БГТУ им. В.Г. Шухова, канд. техн. наук
Шамшурову В.М.