Процессы ионообменной сорбции и десорбции ионов Сu2+ и Zn2+ на композиционном катионите

С. В. Натареев; Д. Е. Захаров; А. А. Рябиков

doi:10.6060/rcj.2023672.5

С. В. Натареев Ивановский государственный химико-технологический университет
Д. Е. Захаров Выксунский металлургический завод
А. А. Рябиков

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2023672.5

Ключевые слова: ионный обмен, композиционный сорбент, ионы тяжелых металлов

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования процессов ионообменной сорбции и десорбции ионов меди и цинка на композиционном сорбенте. Сорбент получен из модифицированных древесных опилок и хитозана при мольном соотношении 1:0,4. Средний размером частиц сорбента 1,6 мм. Сорбент имеет макропористую структуру и содержит карбоксильные, фенольные гидроксильные группы и аминогруппы, способные к ионному обмену с ионами тяжелых металлов из растворов. Экспериментальное исследование представляет собой пропускание исходного раствора через неподвижный кольцевой слой сорбента и снятие выходных кривых ионного обмена. Сорбент объемом 9,8∙10^-4 м³ помещали в кольцевой адсорбер между внутренней и наружной решетками. При исследовании прямого процесса ионного обмена использовали растворы сульфатов меди и цинка с концентрацией 0,05 N с объемной скоростью 8,1·10^-6 м³/с и сорбент в Na-форме. Регенерацию сорбента от ионов тяжелых металлов проводили 0,08 N раствором гидроксида натрия с объемной скоростью 3,2∙10^-6 м³/с. На основании выходных кривых ионного обмена рассчитывали полную обменную емкость сорбента, степень регенерации сорбента и удельный расход регенерационного раствора. Анализ экспериментальных данных показал на снижение обменной емкости сорбента при его многократном использовании. После пяти циклов сорбция-десорбция значение полной динамической обменной емкости сорбента снизилось по ионам меди на 30%, а по ионам цинка на 25%. Снижение обменной емкости связано с уменьшением количества в сорбенте карбоксильных и фенольных гидроксильных групп, а также с уплотнением его структуры и, следовательно, уменьшением доступности функциональных групп.

Литература

Sharma P.K., Ayub S., Tripathi C.N. Agro and Horticultural International Refereed Journal of Engineering and Science. 2013. V. 2. N 8. P. 18–27.

Lakshmipathy R., Sarada N.C., Jayaprakash N. International Journal of ChemTech Research. 2015. V. 8. N 5. P. 25–31.

Acharya J., Kumar U., Mahammed. P.R. International Journal of Current Engineering and Technology. 2018. V. 8. N 3. P. 526–530. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.06.011.

Wan Ngah W.S., Hanafiah M.A.K.M. Bioresource Tech-nology. 2008. V. 99. N 10. P. 3935–3948. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.06.011.

Hegazi H.A. HBRC Journal. 2013. N 9. P. 276–282. DOI: 10.1016/j.hbrcj.2013.08.004.

Sahmoune M.N., Yeddou A.R. Desalination and Water Treatment. 2016. V. 57. N 50. P. 1–16. DOI: 10.1080/19443994.2015.1135824.

Argun M.E., Dursun S., Ozdemir C., Karatas M. Journal of hazardous materials. 2007. V. 6. N 1. P. 77–85. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.06.095.

Meez E., Rahdar A., Kyzas G.Z. Molecules. 2021. V. 26. N 14. P. 4318–4328. DOI: org/10.3390/molecules26144318.

Yang, L., Tan W.-F., Mumford K., Ding L., Lv J.-W., Zhang X.-W., Wang H.-Q. Sep. Sci. Technol. 2018. N 53. P. 2704–2716. DOI: 10.1002/adma.201104714.

Jianfui C., Sarjadi M.S., Musta B., Sarkar M.S., Rahman M.L. ChemistrySelect. 2019. N 4. P. 2991–3001.

Salman H., Shaheen H, Abbas G., Khalouf N. Journal of Entomology and Zoology Studies. 2017. V. 5. N 4. P. 452–461.

Belviso С. Processes. 2020. V. 8. N 7. DOI:org/10.3390/ pr8070820.

Halimoon N., Yin R.G.S. Environment Asia. 2010. N 3.

P 124–130. DOI: 10.14456/ea.2010.51.

Hamadi A., Nabih K. Journal of Chemistry. 2018. N 3. P. 1–12. DOI: 10.1155/2018/6207910.

Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Borisova T.N., Elizarova A.M. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2019. V. 62. N 7. P. 99–106. DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5725. (in Russian).

Gordina N.E. Rus.Chem.J. 2018. V. LXII. N 4. P. 89–109 (in Russian).

Silina Yu.A., Spiridonov B.A., Bityutskikh M.Yu., Kuch-menko T.A. Vestnik VSUIT. 2013. N 3. P. 138-142 (in Russian).

Ugwu I.M., Igbokwe O.I. Sorption of Heavy Metals on Clay Minerals and Oxides: A Review. In book: Edebali S. Advanced Sorption Process Applications. Great Britain: IntechOpen. 2019. 218. P. DOI: 10.5772/intechopen.80989.

Carolin CF, Kumar PS, Saravanan A, Joshiba GJ, Naushad M. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2017. V. 5. N 3. P. 2782–2799. DOI: 10.1016/j.jece.2017.05.029.

Murzakassymova N.С., Bektenov N.A., Gavrilenko M.A. News of NAS RK. Series of chemistry and technologies. 2021. V. 1. N 445. P. 75–79. DOI: 10.32014/2021.2518–1491.9.

Anuzyte E., Vaisis V. Energy Procedia. 2018. V. 147.

P. 295–300. DOI: org/10.1016/j.egypro.2018.07.09.

Qingnan Xu., Hao Yuan, Hongli Wang, Yong Xu, Dez-heng Yang. A Catalysts. 2022. V. 12. N 4. P. 398–415. DOI: org/10.3390/catal12040398.

Melnikov A.A., Gordina N.E., Tyukanova K.A., Gusev G.I., Gushchin A.A., Rumyantsev R.N. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 8. P. 6371. DOI: 10.6060/ivkkt.20216408.6422. (in Russian).

Natareev S.V., Zakharov D.E., Snigirev M.Yu. Modern high technologies. Regional application. Ivanovo. 2022. N 3 (71). P. 67-71 (in Russian).

Zaharov D.E., Natareev S.V., Snegirev1 D. G. The jour-nal modern problems of civil protection. 2020. N 4 (37).

P. 56-61 (in Russian).

Selemenev V.F., Slavinskaya G.V., Khokhlov V.Yu., Ivanov V.A., Gorshkov V.I., Timofeevskaya V.D. Workshop on ion exchange. Voronezh: VSU. 2004. 160 p. (in Russian).

Alekseev V.N. Quantitative analysis. M.: Alliance. 2007. 504 p. (in Russian).

Redkin N.A. IR-Fourier spectroscopy and mass spectroscopy in the identification of organic compounds. Samara: SU. 2019. 92 p. (in Russian).