Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам. Очистка природных и сточных вод от их катионов для обеспечения безопасности источников подземных вод и управления качеством водоподготовки является важной составной частью комплекса мероприятий по снижению отрицательного воздействия антропогенных и техногенных факторов на водные объекты. В последнее время для очистки природных и сточных вод все более широкое применение находят сорбционные методы, позволяющие удалять загрязнения чрезвычайно широкой природы практически до низкой остаточной концентрации (ppm). При этом отсутствуют вторичные загрязнения. В зависимости от поставленных задач эффективность работы сорбента определяется его максимальной емкостью при коллективной сорбции или селективностью к удалению целевого компонента из сложных растворов. Но во всех случаях при реализации ионообменных процессов на практике необходимо учитывать кинетические свойства сорбента, определяющие возможность поглощения сорбтива за время контакта с сорбентом. Знание стадии, тормозящей массоперенос, необходимо, чтобы выбрать оптимальные условия эксплуатации и интенсифицировать сорбцию извлекаемых компонентов. Ранее нами были синтезированы фосфаты титана из кристаллического прекурсора СТМ (TiOSOrH 2 O), который был получен из сфенового концентрата [1]. В зависимости от условий синтеза можно получать аморфные TiO(OH)H 2 POr2H 2 O (TiOP) или кристаллические Ti(H 2 PO 4 ) 2 ^H 2 O (a-TiP) материалы. Различный состав и структура синтезированных соединений может оказывать влияние на их сорбционные свойства. В рамках данных исследований изучены кинетические характеристики синтезированных сорбентов по отношению к катионам тяжелых металлов. Кинетику сорбции катионов свинца и цинка изучали при температуре 25 °С методом ограниченного объема из водных растворов солей нитратов металлов при рН = 6. В качестве объектов исследований были выбраны катионы свинца, цинка, кобальта и кадмия, что обусловлено их широким распространением в сточных водах различных производств. Концентрация металла в растворе составляла приблизительно 10 -2 молыл -1 , объем раствора, контактирующего с сорбентом, 200 мл, навеска сорбента 1 г. Процесс сорбции вели при интенсивном перемешивании, скорость вращения мешалки составляла 300 об^мин -1 . Методом отдельных навесок через определенные интервалы времени устанавливали характер изменения концентрации раствора, находящегося в контакте с ионитом до установления равновесия. Концентрацию сорбата во всех точках объёма раствора и непосредственно у поверхности сорбента при данных скоростях считали постоянной, т. е. рассматривали диффузию из хорошо перемешиваемого раствора. Данный метод подразумевает достаточно высокую скорость переноса вещества из раствора к поверхности сорбента. Степень достижения равновесия в системе F рассчитывали как F = C t / С е , где C t — количество сорбированного вещества в момент времени t (ммольт -1 ); С е — количество сорбированного вещества в состоянии равновесия (ммольт -1 ). Для описания внешней диффузии использовали уравнение пленочной диффузии: - ln (1 - F) = 3 (Dct) / (r d m), (1) где D — коэффициент диффузии вещества через пленку толщиной 5, покрывающую зерно сорбента; r — радиус частицы сорбента; t — время контакта; с и m — концентрация сорбтива в растворе и сорбенте соответственно. Линеаризация уравнения в координатах ln (1 - F ) - t позволяет вычислить скорость реакции обмена во внешнедиффузионной области. Уравнение модели Морриса — Вебера [2], описывающее внутрипористую диффузию, имеет следующий вид: A = k d • t 1/2 + C , (2) где k id — константа скорости диффузии, мгт -1 -мин 1/2 ; С — параметр, связанный с толщиной пограничного слоя, мгт -1 . Для выявления вклада химического взаимодействия в общую скорость процесса использовали кинетические модели псевдопервого и псевдовторого порядков. Кинетическое уравнение псевдопервого порядка Лагергрена можно представить в виде: dq 1 / dt = k \ (q e - q t ) (3) или в линейной форме: lg ( q e - q t ) = lg q e - fat / 2,3, (4) 58