Труды КНЦ вып. 5(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 2/2021(12)

Цель данной работы — изучение сорбции фосфат-ионов из водных растворов диоксидом кремния, полученного на основе кислотного разложения нефелина, и оценка эффективности его применения для извлечения фосфора из коммунальных стоков. Экспериментальная часть и методы исследования Получение SiO 2 осуществляли следующим образом [6]: навеску нефелинового концентрата (НК) загружали при перемешивании и комнатной температуре в 16 % H 2 SO 4 . Расход серной кислоты составлял 115 % от стехиометрии на Е(АЬОз, Na 2 O, K 2 O) по реакции Разложение НК производили при перемешивании в течение 15 мин, после чего отделяли кремнеземсодержащий раствор от кислотонерастворимого остатка на лабораторном нутч-фильтре. Полученный раствор охлаждали до 10 °С. Выпавшие в результате кристаллизации алюмокалиевые квасцы (Al2(SO4№SO4-24H2O) отделяли фильтрацией от маточного кремнеземсодержащего раствора, который равномерно в течение 3 часов заливали при перемешивании в нагретую до 115 °С 40 % H 2 SO 4 объемом, равным общему объему подаваемого раствора. Интенсивность нагрева была принята такой, чтобы она обеспечивала сохранение объема суспензии за счет испарения воды, вводимой с кремнеземсодержащим раствором. По окончании подачи раствора пульпу диоксида кремния (АК) дополнительно выдерживали в течение 30 мин для доосаждения SiO 2 , после чего он отделялся от жидкой фазы фильтрацией, а полученный осадок АК промывался на фильтре до рН промывных вод ~7 и отсутствия в них сульфат- иона (по Ва2+). Промытый осадок SiO 2 сушили при 105 °С до постоянной массы и анализировали. Изучение сорбционной способности полученного SiO 2 проводили на модельных растворах, содержащих фосфор в виде фосфат-ионов (Р-РО 4 ) с концентрациями от 2,0 до 7,5 мг Р-РО 4 /л, которые готовились растворением KH 2 PO 4 (квалификации «осч») в воде. Выбор PO3~-иона в качестве абсорбата был обусловлен тем, что фосфор является одним из наиболее распространенных загрязнителей как бытовых, так и промышленных сточных вод. Диапазон его концентраций был также обусловлен тем, что это наиболее часто встречающаяся его концентрация в коммунальных сточных водах. Определение сорбционной емкости SiO 2 проводили статическим методом. Для этого в 50 мл раствора KH 2 PO 4 соответствующей концентрации вводили навеску исследуемого образца и выдерживали при перемешивании 24 часа. По завершении процесса суспензию фильтровали, раствор анализировали на содержание Р-РО 4 . Расчет сорбционной емкости ар осуществляли по уравнению где Сн и Ср — начальная и равновесная концентрации Р -PO3 в растворе, мг/л; V — объем раствора, л; m — масса навески образца SiO 2 . Обработку экспериментальных данных осуществляли по уравнениям сорбции Фрейндлиха (Freundlich) (2) и Ленгмюра (Langmuir) (3) в координатах их линейных уравнений (уравнения 4 и 5 соответственно): где Ор — величина адсорбции в состоянии равновесия; — емкость адсорбционного монослоя; кр — константа адсорбционного равновесия; Cp — равновесная концентрация вещества, 1/n — константа Фрейндлиха. Химический состав SiO 2 определяли на атомно-абсорбционном спектрометре AAnalyst 400, анализаторе Eltra CS-2000 методом ИК-спектроскопии, а также на масс-спектрометре состава, мас. %: AhO3 — 28,50; Na 2 O — 14,28; K 2 O — 7,25; Fe2O3— 3,82; SiO 2 — 43,30; прочие — остальное, (Na, K)2O-AhO3-2SiO2 + 8H+ ^ 2(Na,K)+ + 2Al3++ H4SiO4 Ор = (Сн - Ср)-Vm 1, мг/г, (1) (2) a a • k„ а ’ ...(4) ...(5) (3) р p 43