Сапронова Ж.А.

Доктор технических наук, профессор, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Кинетика и механизм адсорбции красителя метиленового голубого измельченной биомассой подсолнечника

https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-78-92
Аннотация
Исследование кинетики и механизм адсорбции красителя целлюлозным сырьем. Методы. В качестве сорбента использовались отход растениеводства – измельченные стебли подсолнечника исходные и модифицированные 10% щелочью NaOH размером частиц с 1 до 2 мм. В качестве адсорбата предварительными испытаниями выбран краситель метиленовый голубой. Для определения максимальной сорбционной емкости строили изотермы адсорбции. Построены кинетические модели сорбции псевдопервого и псевдовторого порядка. С целью определения механизма процесса определяли термодина-мические константы: энергию сорбции (Е), энергию Гиббса (ΔG) и коэффициент Био (Bi).
Результаты. Максимальная сорбционная способность измельчённой биомассы стеблей подсолнечника по отношению к красителю составляет 0,52 ммоль/г для модифицированного щёлочью материала, что на 48% выше исходного сорбента (0,35 ммоль/г). Таким образом, материал СП(NaOH) показал улучшенные сорбционные свойства, и он был выбран для дальнейших кинетических исследований. Энергия сорбции рав-на 5,82 кДж/моль, что может свидетельствовать о физической адсорбции. Энергия Гиббса равна -6,3742 кДж/моль, меньше нуля, что свидетельствует о самопроизвольности данного процесса. Адсорбционное равновесие для красителя МГ наступает через 120 минут, кинетическая кривая имеет плавный характер. Коэффициент Био равен 1,812, следовательно, процесс адсорбции лимитируется смешанной диффузией.
Выводы. Анализ полученных данных позволил определить коэффициент Био, отражающий протекание адсорбции МГ по смешанно – диффузионному механизму во всём временном диапазоне адсорбции. Это указывает на сложный характер процесса адсорбции МГ и подтверждает важность учёта различных факторов, влияющих на этот процесс, при разработке методов очистки водных сред от органических загрязнителей.
PDF

АДСОРБЦИЯ ИОНОВ НИКЕЛЯ ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАННЫМ ЛИСТОВЫМ КАШТАНОВЫМ ОПАДОМ

Аннотация
В последние годы внимание исследователей привлекают отходы промышленности и сельского хозяйства, которые можно использовать в качестве сорбционных материалов. Особую группу составляют лигноцеллюлозосодержащие компоненты древесной биомассы (листья, кора, хвоя, плоды и т.д.) и продукты переработки древесины (опилки, стружка, щепа и др.). Преимущества использования последних в качестве реагентов для очистки сточных вод включают простую технику, небольшую обработку, хорошую адсорбционную способность, селективную адсорбцию ионов тяжелых металлов, низкую стои-мость, бесплатную доступность и легкую регенерацию. Среди компонентов древесной биомассы привле-кают внимание листва, которая обладает высокой поверхностью и в условиях Российской Федерации ежегодно опадает, что облегчает ее сбор и использование.
Одними из наиболее токсичных загрязняющих веществ, попадающих в водные объекты со сточными водами промышленных предприятий, являются ионы никеля. Кратко приведены сведения о токсическом действии соединений никеля на живые организмы. В данной работе изучены сорбционные свойства листо-вого каштанового опада по отношению к ионам никеля в концентрации 20 мг/дм3. Максимальное значение сорбционной емкости ЛКО, термомодифицированного при температуре 250°C (ЛКО250), составляет 1,3 ммоль/г для ионов никеля. Обработкой полученной изотермы в рамках моделей сорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ, Дубинина-Радушкевича установлено, что процесс адсорбции наиболее точно описыва-ется моделью Ленгмюра (R2 = 0,9912). Вычисленная энергия Гиббса, равная -7,86 кДж/моль, свидетель-ствует о протекании самопроизвольной физической адсорбции ионов Ni2+ на поверхности ЛКО250.
PDF

РЕМЕДИАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ИОНАМИ Cd2+, ЗООКОМПОСТОМ ПОСЛЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ЛИЧИНОК МУХИ HERMETIA ILLUCENS

Аннотация
Одним из наиболее токсичных веществ, попадающих в почву вследствие антропогенного воздействия, является кадмий (Cd). При выращивании сельскохозяйственных растений на почвах, загрязнённых кадмием, возможно поступление кадмия по пищевым цепочкам в организм человека, что может вызвать многочисленные нарушения в работе различных систем организма. С целью снижения неблагоприятного воздействия тяжелых металлов на объекты окружающей среды, необходима ремедиация почв. Одним из видов ремедиации является снижение подвижности загрязняющих веществ и уменьшение их активности. В данной работе исследована возможность снижения подвижности ионов Cd2+ с помощью добавления к загрязненным почвам зоокомпоста после культивирования личинок мухи «Черная львинка» (Hermetia illucens). Установлено, что в почвах с добавкой зоокомпоста значительно снижается содержание ионов Cd2+ в подвижной форме по сравнению с контроле (до 73,3% при содержании зоокомпоста 2,5%). Определялась сорбционная емкость зоокомпоста по отношению к ионам Cd2+, которая составляет 0,12 ммоль/г. Полученная изотерма сорбции обработана в рамках мономолекулярных моделей сорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, Дубинина-Радушкевича. Рассчитаны величины энергии сорбции и энергии Гиббса, значения которых указывают на протекании самопроизвольной физической адсорбции с элементами хе-мосорбции.
PDF

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОАГУЛИРУЮЩЕЙ СУСПЕНЗИИ НА ЭМУЛЬСИЮ ЛИПИДНОГО КОНЦЕНТРАТА В ВОДЕ

Аннотация
Метод коагуляционной очистки широко используется для обработки стоков различного происхождения. Вещества-коагулянты нарушают коллоидные образования и способствовуют агрегации мелких частиц, что приводит к их осаждению и, как следствие, снижению содержания органических веществ и мутности раствора Наиболее широко применяются в этих целях коагулянты на основе железа и алюминия. Насекомое Hermetia illucens все чаще используется для получения химического сырья и ценных кормовых продуктов для выращивания сельскохозяйственной птицы и рыбы. В ходе производственных процессов образуются стоки, загрязненные биоразлагаемыми веществами, в том числе компонентами личиночного жира. В данной работе исследована возможность коагуляционной очистки жиросодержащих стоков производства липидного концентрата из личинок мухи Hermetia illucens коагулирующей суспензией, полученной из пыли электродуговых сталеплавильных печей, совместно с со-коагулянтом – карбонизованными при температуре 400°С листьями каштана, которые использовались для увеличения количества коагуляционных центров в системе.
PDF

ИССЛЕДОВАНИЕ АГРЕГАТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ МОДЕЛЬНЫХ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ЛИПИДНОГО КОНЦЕНТРАТА И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ОЧИСТКИ СОРБЦИОННЫМ СПОСОБОМ

Аннотация
В Белгородской области ведутся работы по созданию первого в России высокотехнологичного крупномасштабного производства липидного концентрата и животного белка из личинок мухи Черная львинка Hermetia illucens. Липидный концентрат хорошо эмульгируется в водопроводной воде, что говорит о присутствии в нем веществ, не принадлежащих к триглицеридам жирных кислот. Очевидно, в нем содержатся примеси соединений, присутствующих в личиночной биомассе – белковых соединений и продуктов их распада, фосфолипидов и др., которые могут играть роль поверхностно-активных веществ. В данной работе приведены результаты исследований возможности очистки жиросодержащих сточных вод при помощи сорбционного материала, полученного карбонизацией листового опада рода конского каштана (Aésculus hippocastanum L.). Установлено, что липидный концентрат легко эмульгируется, как в чистом виде, так и в присутствии лаурилсульфата натрия. Полученные эмульсии обладают высокой устойчивостью к разрушению. В процессе адсорбционной очистки модельной эмульсии установлено, что присутствие ПАВ в количестве 0,01 г/л улучшает показатели эффективности. Добавление 0,6 г материала позволяет достигнуть 92% очистки, а при добавлении 1,5 г эффективность составляет 98%. Аналогичные количества сорбента в чистой эмульсии позволяют достигнуть значений лишь в 35% и 88% соответственно. При добавлении к водной среде тонкодисперсных частиц неорганических веществ часто наблюдается суспензионный эффект, который проявляется в различии между значениями рН суспензии и фильтрата. Результаты исследований влияния количества добавляемого сорбента на изменения рН в сус-пензиях и фильтратах показали, что комплекс «липидная мицелла+сорбент» имеет положительный заряд, а в присутствии ПАВ заряд сохраняет положительное значение, но очень близок к нейтральному. Наблюдается приближение к изоэлектрической точке.
PDF

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО СОРБЕНТА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КРАСИТЕЛЯ КОНГО КРАСНЫЙ ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

Аннотация
Результаты исследования по сорбционной очистке модельных водных сред, содержащих краситель Конго красный, с использованием в качестве сорбционного материала отхода растениеводства показали, что максимальная сорбционная емкость биомассы составляет 0,37 ммоль/ . Представлены данные электронной микроскопии и результаты исследований физико-химических и сорбционных свойств нового растительного сорбционного материала, полученного из стеблей подсолнечника (Heliánthus ánnuus). Обработка данных, показала, что полученная изотерма адсорбции красителя Конго красный относится к изотермам пятого типа по классификации Брунауэра, Деминга, Деминга и Теллера (БДДТ) или S-типу, со-гласно классификации Гильса. При этом процесс адсорбции наиболее точно описывается моделью Фрейндлиха, процесс протекает на гетерогенной поверхности сорбционного материала.
PDF

СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВОГО ОПАДА ПЛАТАНА ПО ОТНОШЕНИЮ К КРАСИТЕЛЮ МЕТИЛЕНОВОМУ ГОЛУБОМУ

Аннотация
К одним широко распространённым и опасным загрязненным веществам, которые поступают в водные объекты со сточными водами, относятся красители. Для удаления красителей из водных сред применяют реагентное осаждение, ионный обмен, коагуляцию, флотацию и другие способы. Сорбционная очистка при этом является одной из наиболее эффективной. Авторами для извлечения из водных сред красителя «Метиленовый голубой» предложено использовать биомассу листьев платана. В работе исследован процесс адсорбции метиленового голубого биомассой листьев, установлена сорбционная емкость материала. Показано, что лучше всего процесс адсорбции описывается моделью Фрейндлиха с ко-эффициентом корреляции R2 = 0,9537.
PDF

ОЧИСТКА КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

Аннотация
В работе рассмотрена возможность очистки крахмалосодержащих сточных вод термомодифицированным отходом производства сахара – сатурационным осадком. Крахмалосодержащие стоки с большим количеством органических соединений быстро загнивают, создают благоприятную среду для развития микроорганизмов, поэтому такие стоки должны подвергаться глубокой очистке. Термомодифицированный сатурационный осадок (ТМСО) представляет собой тонкодисперсный порошок черного цвета, основным компонентом которого является СаСО3, образующийся в ходе химической реакции между Са(ОН)2 и СО2 в сатурационных колоннах в процессе очистки диффузионного свекловичного сока в производстве сахара. СаСО3 выступает в качестве основы для углеродного слоя, покрывающего поверхность частиц и образующегося при обжиге ТМСО в ходе карбонизации органических веществ, содержащихся в исходном сатурационном осадке. Авторами исследовано влияние некоторых технологических факторов на эффективность очистки. Установлено, что для протекания процесса достаточно 40 минут при температуре реакционной среды 20-30 оС. Эффективность очистки крахмалосодержащих водных систем при этом достигает 88%.
PDF

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ МАСЛОСОДЕРЖАЩЕЙ ЭМУЛЬСИИ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Аннотация
Рассмотрен процесс очистки маслосодержащей эмульсии листовым каштановым опадом (ЛКО). Установлены факторы, влияющие на процесс очистки с приложением полного факторного эксперимента. Математическая модель, полученная при выполнении полного факторного эксперимента, имеет вид линейного уравнения. Итоги расчета сопоставимы с результатами эксперимента. Полученные данные позволяют вести процесс водоочистки при оптимальных значениях технологических параметров.
PDF

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ АРАХИСА В КАЧЕСТВЕ СОРБЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Аннотация
В работе изложены результаты исследования возможности использования отходов переработки арахиса в качестве сорбционного материала. Приведены литературные сведения об использовании многочисленных материалов в качестве сорбентов. Исследованы физико-химические и структурно-морфологически особенности скорлупы арахиса. В качестве объекта исследования был выбран краситель метиленовый голубой как широко известное и используемое вещество, а сорбционная емкость по метиленовому голубому является важной характеристикой промышленных сорбентов. Рассчитана адсорбционная емкость исследуемого материала, и построена изотерма адсорбции. Сорбционная емкость исходной скорлупы арахиса по метиленовому голубому составила 0,22 ммоль/г.
PDF