Сорбція полютантів різного генезису природними та модифікованими сапонітовими глинами

brief description

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

На правах рукопису

УДК 661.183.44-45

Співак Вікторія Вікторівна

сорбція полютантів різного генезису природними та модифікованими сапонітовими глинами

05.17.21 – Технологія водоочищення

Дисертація на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Науковий керівник:

Заслужений діяч

науки і техніки України,

доктор технічних наук,

професор Астрелін І.М.

Київ 2012




 

                                                       Зміст                                                    

стор. 

Вступ  7

1      Розділ. 13

Сучасний стан проблеми використання мінеральних сорбентів в екологічних цілях  13

1.1 Йони важких металів як один з найпоширеніших полютантів природних та стічних вод  15

1.2 Застосування природних сорбентів для очищення природних та промислових стічних вод від йонів важких металів. 19

1.3 Органічні барвники як стійкі полютанти стічних вод та методи їх видалення  22

1.3.1  Реагентні методи. 24

1.3.2  Сепаративні методи. 26

1.3.3  Деструктивні методи. 28

1.4 Способи модифікації природних глинистих мінералів для процесів водопідготовки та водоочищення. 32

1.5 Висновки та постановка задачі дослідження. 40

2      Розділ. 43

Об’єкти та методи дослідження. 43

2.1 Об’єкти дослідження. 43

2.2 Методики проведення аналізів. 43

2.2.1  Аналітичні методи дослідження сапонітового мінералу. 43

2.2.1.1      Визначення вмісту алюмінію оксиду. 43

2.2.1.2      Визначення вмісту кремнію (IV) оксиду. 44

2.2.1.3      Визначення вмісту заліза (ІІІ) оксиду. 44

2.2.1.4      Визначення вмісту кальцію оксиду. 44

2.2.1.5      Визначення вмісту оксиду магнію.. 44

2.2.1.6      Визначення вмісту натрію та калію оксидів. 44

2.2.1.7      Визначення вмісту титану (IV) оксиду. 45

2.2.1.8      Визначення вологості та втрат при прожарюванні 45

2.2.1.9      Визначення гранулометричного складу сапонітової глини. 45

2.2.1.10        Визначення колоїдальності та бентонітового числа. 45

2.2.1.11        Визначення дійсної та насипної густини сапонітової глини. 45

2.2.1.12        Визначення питомої поверхні та пористості сапоніту. 46

2.2.1.13        Визначення показника адсорбції і ємності катіонного обміну. 50

2.2.1.14        Визначення рН водної витяжки сапоніту. 50

2.2.2  Методи активування природного сапоніту та модифікування його поверхні 51

2.2.3  Визначення теплоти змочування сапонітового мінералу. 51

2.2.4  Визначення електрокінетичного потенціалу сапонітових колоїдів. 52

2.2.5  Аналітичні методи визначення ефективності очищення водних систем від йонів важких та кольорових металів. 53

2.2.6  Методика визначення концентрації важких металів. 53

2.2.6.1      Методика фотометричного визначення міді 53

2.2.6.2      Методика фотометричного визначення нікелю.. 54

2.2.6.3      Методика фотометричного визначення мангану. 54

2.2.6.4      Методика фотометричного визначення кобальту. 54

2.2.6.5      Методика фотометричного визначення хрому. 54

2.2.6.6      Методика фотометричного визначення заліза. 541.       Запольський, А.К. Водопостачання, водовідведення та якість води [Текст] / А.К. Запольський. – К.: Вища школа, 2005. – 671 с.: іл. ISBN 966-642-234-4.

2.       Запольський, А.К. Фізико – хімічні основи технології очищення стічних вод [Текст] / А.К. Запольський, Н.А. Мішкова-Клименко, І М. Астрелін. – К.: Лібра, 2000. 552с. ISBN 966-7035-28-Х.

3.       Запольський,  А.К. Основи екології [Текст] / А.К. Запольський, А.І. Салюк; за ред.. Ситника К.М. – К.: Вища школа, 2003. – 358 с.: іл.

4.       Тарасевич, Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды [Текст] / Ю.И. Тарасевич – К.: «Наукова думка», 1981. – 180 с.

5.       Стольберг, Ф.В. Экология города [Текст] / Ф.В. Стольберг – К.: Либра, 2000. – 464 с.

6.       Пляцук, Л.Д. Аналіз технологій очистки гальванічних стоків в Україні / Л.Д. Пляцук, О.С. Мельник // Вісник СумДУ. Серія Технічні науки. – 2008. – №2. – С. 116-121. – Бібліогр.: с. 120-121. ISSN 1817-9215.

7.       Проскуряков, В.А. Очистка сточних вод в химической промышленности [Текст] / В.А. Проскуряков,  Л.И. Шмидт. – Л.: «Химия», 1977. – 464 с.

8.       Вихрев, В.Ф. Водоподготовка [Текст]: Учебник для вузов / В.Ф. Вихрев, М.С. Шкроб . – Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1973. 416 с.: ил.

9.       Ильин, В.И. Электрохимическая очистка промышленных сточных вод с оборотным циклом / В.И. Ильин // Химическая технология. – 2002. – №9. – С.31-35.

10.   Когановский, А.М. Очистка промышленных сточных вод [Текст] / А.М. Когановский, Л.А. Кульский, Л.А. Сотникова и др. // К.: Техника, 1974. – 257 с.

11.  Гельферих, Ф. Иониты. Основы ионного обмена [Текст] / Ф. Гельферих – Перевод с немецкого. – Москва: Издательство иностранной литературы, 1962. – 490с.

12.  Тарасевич, Ю.И. Физико-химические основы и технологи применения природных и модифицированых сорбентов в процессах очистки воды / Ю.И. Тарасевич  // Химия и технология воды. – 1998. – №1. – С. 42-49. – Бібліогр.: с. 48-49. – ISSN 0204-3556.

13.  Смирнов, А.Д. Сорбционная очистка воды [Текст] / А.Д. Смирнов. – Л.: Химия, 1982. – 168с. – ISBN 5-283-04401-7.

14.   Кочетов, Г.М. Регенерация тяжелых металлов из промывных сточных вод гальванических производств / Г.М. Кочетов, В.Е.Терновцев, Б.М. Емельянов // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2004. – №1. – С.35-38.

15.  Косогіна, І.В. Ресурсозберігаючі технології коагуляційного очищення стічних вод [Текст] : [монографія] / І. В. Косогіна, І. М. Астрелін. – О.: Екологія, 2011. – 132 с. : рис., табл. – Бібліогр.: с. 128-132. – 300 экз. – ISBN 978-966-8740-80-0.

16.  Запольский, А.К. Очистка воді коагулированием [Текст] : [монография] / А.К. Запольский. Каменец-Подольский: ЧП «Медоборы-2006», 2011. – 296 с.: илл. – ISBN 978-966-1638-55-5.

17.   Пат. 3859210 (США). Removal of heavy metals from aqueous solutions / A.E. Hatch. – 7.01.1975.

18.  Пат. 52-126685 (Япония). Удаление ионов тяжелых металлов из сточных вод / Т.Ивамато, Т.Ханеяма и др. / Опубл. 24.10.1977. – Цит. по РЖ Химия, 1978, 21И429П.

19.  Трофимова, М.Ю. Структурно-сорбционные свойства природных и модифицированных катионными ПАВ слоистых силикатов с жесткой структурной ячейкой / М.Ю. Трофимова, Ю.И. Тарасевич, С.В. Бондаренко // Химия и технология воды. – 2008. – №3. – С. 293-303. – Бібліогр.: с. 302-303. – ISSN 0204-3556.

20.  Тарасевич, Ю.И. Применение природных сорбентов в качестве дезактивирующих агентов при ликвидации последствий чернобыльской катастрофы / Ю.И. Тарасевич // Химия и технология воды. – 1996. – Вып.2. – С.127-131. – Бібліогр.: с. 131. – ISSN 0204-3556.

21.  Yuki N. Study on the preparation of heavy metal ion collector from the waste clay. The collector for an inorganic mercury ion / N.Yuki, A.Yaushi // Kogay Pollut. Contr., 1974. – №4. – P.218-224.

22.  Тарасевич, Ю.И. Получение модифицированных полифосфатами сорбентов и их применение для очистки воды от ионов тяжелых металлов / Ю.И. Тарасевич, Г.М. Климова // Химия и технология воды. – 2006. – Вып.2. – С.107-116. – Бібліогр.: с. 116. – ISSN 0204-3556.

23.  Третинник, В.Ю. Природные дисперсные минералы Украины и перспективы их использования в технологии водоочистки / В.Ю. Третинник // Химия и технология воды. – 1998. – Т.20. – №2. – С.183-191. – ISSN 0204-3556.

24.   Харламова, Т. А. Закономерности разрушения красителей при электрохимической очистке сточных вод / Т.А. Харламова, Н.И. Миташова, Л.Ф. Филимонова // Химия и технология воды. – 1989. – Т.11, № 4. – С.311 -315.

25.  Бабенков, Е.Д. Очищення води коагулянтами [Текст] / Е.Д. Бобенков // М.: Наука, 1977. – 356 с.

26.   Когановский, А.М. Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении [Текст] / А.М. Когановский, Н.А.Клименко, Т.М. Левченко, Р.М. Марутовский, И.Г. Рода//  М.: Химия, 1983. – 288 с.

27.   Проскуряков, В.А. Очищення сточных вод в химической промышленности [Текст] / В.А. Проскуряков,  Л.И. Шмідт // Л.: Химия, 1977. – 464 с.

28.   Ласков, Ю.М. Очищення сточных вод предприятий кожевенной и меховой промышленности [Текст] / Ю.М. Ласков, Т.Г. Федоровская, Г.Н. Жмаков // М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 166 с.

29.  Когановский, А.М. Адсорбция и ионный обмен в процессах водоподготовки и очистки сточных вод [Текст] / А.М.Когановский. – Киев: Наук.думка, 1983.–230 с.

30.  Тарасевич, Ю.И. Сорбция кристаллического фиолетового слоистыми и слоисто-ленточными силикатами / Ю.И. Тарасевич, Е.Г. Сивалов, Рак В.С. и др. // Химия и технология воды. – 1980. – Т.2, №2. – С. 117-121.

31.  Якимова, Т.И. Принцип выбора структуры активних углей для очистки вод от органических веществ/ Т.И. Якимова, А.М.Когановский, А.В.Марченко, Р.М.Марутовский // Химия и технология воды. – 1980. – Вип.2, №2. – С. 101-114.

32.  Тарасевич, Ю.И. Очищення воды от красителей при помощи полусинтетического сорбента на основе монтмориллонита и основних солей аллюминия / Ю.И. Тарасевич, В.Е. Дорошенко, Ю.И.Сребродольский // Химия и технология воды. – 2004. – Т.26, №3. – С. 299-306.

33.  Al-Futaisi, A. Aspects of cationic dye molecule adsorption to palygorskite / Al-Futaisi A., Jamrah A., Al-Hanai R. // Science Direct. – 2007. – № 214.– P. 327-342.

34.  Baskaralingam, P. Equilibrium syudies for the adsorption of Acid dye onto modified hectorite / Baskaralingam P., Pulicesi M., Sivanesan S.// Journal of Hazardous Materials. – 2006. – № 136. – P. 989-992.

35.  Őzcan, A.S. Adsorption of acid dyes from aqueous solutions onto acid-ativated bentonite / Őzcan A. // Journal of Colloid and Interface Science. – 2004. – № 276.– P. 39-46.   

36.   Jiang, Y.X. Adsorption of Basic Violet 14 from aqueous solution on bentonite / Jiang Y.X., Xu H.J., Liang D.W., Tong Z.F. // ScienceDirect. – 2007. – № 56. – P. 1-5.

37.  Őzcan, A. Modification of bentonite with cationic surfactant: An adsorption study of textile dye Reactive Blue 19/ Őzcan A., Őmeroglu Ģ., Erdogan Y. // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – № 140. – P. 173-179.

38.  Baskaralingam, P. Adsorption of acid dye onto organobentonite / Baskaralingam P., Pulicesi M., Sivanesan S. // Journal of Hazardous Materials. – 2006. – № 128. – P. 138-144.

39.  Oyanedel-Craver, V.A. Simultaneous sorption of benzene and heavy metals onto two organoclays / Oyanedel-Craver V.A., Fuller M., Smith J.A. // Science Direct. – 2007. – № 309.– P. 485-492.

40.  Брык, М.Т. Ультрафильтрация [Текст] / М.Т. Брык, Е.А. Цапюк // К.: Наук.думка, 1989. – 228 с.

41.  Дульнева, Т.Ю. Очищення воды от красителей керамическими мембранами, модифицированными глинистыми минералами / Т.Ю. Дульнева, Д.Д. Кучерук // Химия и технология воды. – 2005. – Вип. 27, №5. – С. 496-504.

42.   Яковлєв, С.В. Очищення сточных вод предприятий легкой промышленности [Текст] /  С.В. Яковлев, Ю.М. Ласков // М., Стройиздат, 1972. – 112 с.

43.   Демирев, А. Озонирование водних растворов азокрасителя / А.Демирев, В. Ненов // Химия и технология воды. – 2005. – Т. 27, №4. – С. 334-342.

44.   Царенко, С.А. Очищення водних растворов от красителя прямого алого в фотокаталитическом мембранном реакторе / С.А. Царенко, В.М. Кочкодан, А.О. Самсони-Тодоров, В.В.Гончарук // Химия и технология воды. – 2006. – Т. 28, №5. – С. 446-454.

45.   Капинус, Е.И. Фотокаталитическое обесцвечивание органических красителей на рутиле в водных растворах ПАВ / Е.И. Капинус, Т.А.Халявка, Т.И. Викторова // Химия и технология воды. – 2006. – Т. 28, №5. – С. 455-461.

46.   Гончарук, В.В.  Использование ультразвука при очистке воды / В.В. Гончарук, В.В. Маляренко, В.А. Яременко // Химия и технология воды. – 2008. – Т. 30, №3. – С. 253-277.

47.   Соложенко, Е.Г. Применение каталитической системы H₂O₂ – Fe²⁺( Fe³⁺) при очистке воды от органических соединений / Е.Г.Соложенко, Н.М.Соболева, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. – 2004. – Т. 26, №3. – С. 219-246.

48.   Ковбань, И.Б. Каталитическая активность цеолита FeZSM-5 в реакции окислительной деструкции красителя Родамина Ж / И.Б. Ковбань, И.В.Столярова, Р.В. Приходько, Ю.В. Топкин, М.В. Сычев, В.В.  Гончарук // Химия и технология воды, 2006. – Т. 28, №4. – С. 319-332.

49.   Ackermann, K. Use of polyelectrolytes for coagulation / Ackermann K., Franke D. // Melliand Textilber. – 1982. – V63, № 1. – P.66-69.

50.   Тимофеева, С.С. Состояние и перспективы развития методов очищення сточных вод красильно-отделочных производств / С.С.  Тимофеева // Химия и технология воды. - 1991. – Т. 13, № 6. – С. 555 – 569.

51.   Какошко, Е.С. Повышение качественных характеристик полиминерального глинистого сырья путем его биологической обработки [Текст] / Е.С. Какошко // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук 05.17.11 – технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов. – К., 2009. – 24 с.

52.   Дудина, С.Н. Повышение сорбционной способности природных глин электромагнитной активацией [Текст] / С.Н. Дудина // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук 02.00.11 – коллоидная химия и физико-химическая механика. – Белгород, 2008. – 20 с.

53.  Марцин, И.И. Регулирование адсорбционных свойств дисперсных минералов методом кислотной активации [Текст] / И.И. Марцин // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук 016.55.01 – коллоидная химия. – Киев, 1983. – 20 с.

54.  Гончарук, В.В. Очистка радиоактивно загрязненных вод природными сорбентами  / В.В. Гончарук, Б.Ю. Корнилович, В.В. Лукачина// Химия и технология воды. – 1996. – Вып.2. – С.131-140. – Бібліогр.: с. 139-140. – ISSN 0204-3556.

55.  Choy, J.H. Clay minerals and layered double hydroxides for novel biological applications / J.H. Choy, S.J. Choy, Т. Park // Applied Clay Science. – 2007.–V.36.–Р.122-132. – ISSN 0169-1317.

56.   Везенцев, А.И. Физико-химические характеристики природной и модифицированной глины месторождения Поляна Белгородской области / А.И. Везенцев, С.В. Королькова, Н.А. Воловичева // Сорбционные и хроматографические процессы. – 2008. – Т.8. – Вып.5. – С. 790-795. – Бібліогр.: с. 795. – ISSN 1680-0613.

57.  Лупейко, Т.Г. Использование техногенного карбонатсодержащего отхода для очистки водных растворов от ионов никеля / Т.Г. Лупейко, Е.М. Баян, М.О. Горбунова // Журнал прикладной химии. –  2004. –  Т.77. – Вып.1. – С.87-92. – Бібліогр.: с. 92. – ISSN 0044-4618.

58.   Мамченко, А.В. Исследование влияния способов модификации природного доломита на деманганацию воды / А.В. Мамченко, Н.Н. Кий, Л.Г. Чернова, И.В. Мисочка // Химия и технология воды. – 2008. – Т.30, № 4. – С.347-355.

59.   Талипова, Х.С. Адсорбционно-энергетические, кислотные свойства кислотно- и термоактивированых глинистых минералов [Текст] / Х.С. Талипова // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук 02.00.11 – коллоидная химия. – Ташкент, 2002. – 20 с.

60.   Герасименко, В.Г. Визначення та аналіз вмісту кислоторозчинних форм важких металів і магнію у сапоніті / В.Г. Герасименко, М.О. Герасименко // Вісник Білоцерківського державного аграрного  університету: Збірник наукових праць. – 2001. – Вип.17. – С.142-147.

61.  Овчаренко, Ф.Д. Украинские бентониты [Текст]: монография / Ф.Д. овчаренко // К.: Наукова думка, 1958. – 148 с.

62.   Геленко, Е.В. Полимерсиликатные дисперсные системы, стабилизиро-ванные неионными олигомерными ПАВ, для нефтедобычи, металлургии и очистки воды. Автореферат / Е.В. Геленко – Москва: 2006.

63.   Гончарук, В.В. Современные проблемы технологии подготовки питьевой воды / В.В. Гончарук, Н.А. Клименко, Л.А. Савчина // Химия и технология воды. – 2006. – Т.28. – №1. – С.3-95. – Бібліогр.: с. 93-95. – ISSN 0204-3556.

64.  Гровс, А. Анализ силикатов / А. Гровс; Перевод с англ. Борнеман-Старынкевича И.Д. Под ред. А.И. Пономарева. М.: 1953. – 304 с. ил.

65.   Методы анализа фосфатного сырья, фосфатных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов [Текст] / Под ред. М.М. Винника. – М.: Химия, 1975. – 214с.

66.   Руководство к практическим занятиям по технологии неорганических веществ [Текст] / Под ред. Позина М.Е. – Л.: Химия, 1980.-368с.

67.   Вудварт, Д. Современные методы исследования  поверхности [Текст] / Д.Вудварт, Т. Делгар – М.:Мир, 1989.- 564с.

68.  Veli, S. Adsorption of copper and zinc from aqueous solutions by using natural clay / S. Veli, В. Alyuz // Journal of Hazardous Materials. – 2007. – V.149. – Р.226-233. – ISSN: 0304-3894.

69.   Дудина, С.Н. Исследование возможности использования природных глин Белгородских месторождений для очистки сточных вод от ионов тяжелых метол лов / С.Н. Дудина, С.В. Свергузова // Дальневосточная весна 2006. Комсомольск-на-Амуре. – 2006. – С.163-164.

70.   Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия промышленых сточних вод / Ю.Ю. Лурье. – М.: «Химия», 1984. – 448 с.

71.  Брановицька, С.В. Обчислювальна математика та програмування: підручник [Текст] / С.В. Брановицька, Р.Б. Медведєв, Ю.Я. фиалков // К.: Політехніка, 2004. – 220 с. іл.

72.  Миркин, Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов [Текст] /Л.И. Миркин. – М.: ГИФМЛ, 1961. – 437 с.

73.   Уманский, Я.С. Кристаллография, рентгенография, электронная спектроскопия [Текст] / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов, Л.Н. Расторгуев. – М.: Металлургия, 1982. – 632 с.

74.   Гилляр, Я.Л. Таблицы межплоскостных расстояний [Текст] / Я.Л. Гилляр. – М.: ГИФМЛ, 1973. – 310 с.

75.  Шестак Я. Теория термического анализа:Физико-химические свойства неорганических веществ: [Текст] / Пер. с англ. – Москва: Мир, 1987.-456с.

76.                       Мерзлов, С.В. Кількісні показники вилучення марганцю і магнію із сапоніту при різних значеннях реакції середовища / С.В. Мерзлов, В.Г. Герасименко // Вісник Білоцерківського державного аграрного  університету: Збірник наукових праць. – 2002. – Вип.24. – С.30-35.

77.  Грицик, В.Е. Новые бентонитовые (сапонитовые) провинции Украины и перспективы их освоения. Месторождения природных адсорбентов и перспективы их использования в народном хозяйстве Украины (Тезисы докладов республиканского науч.технического совещания, г.Берегово). Вып. Киев: 1987. – С.38-41.

78.                                       Марцин, І.І. Структурно-сорбційні характеристики українського сапоніту / І.І. Марцин, В.В. Манк, М.І. Лебовка // Укр.хим.журнал. – 2001. – Т.67. – №2. – С.98-101. – Бібліогр.: с. 101. – ISSN 0041-6045.

79.                        Круглицкий, Н.Н. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистих минералов [Текст] / Н.Н. Круглицкий. – Киев: 1968. – 456 с.

80.                       Kratochvil, D. Advances in the biosorption of heavy metals/ D. Kratochvil, B. Volesky  // Trends. Biotechnol. – 1998. – Vol.16, №7. – P.291.

81.                        Парфит, Г. Адсорбция из растворов на повер