Химическое потребление кислорода растворами некоторых органических кислот и его снижение сорбционной очисткой на глауконите

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Химическое потребление кислорода растворами некоторых органических кислот и его снижение сорбционной очисткой на глауконите

Р.А. Пешков

АННОТАЦИЯ

Оценено химическое потребление кислорода разбавленными растворами муравьиной и уксусной кислот. Проведена сорбционная очистка растворов на глауконите с последующим определением химического потребления кислорода. Исследования производились в проточных хло- ридных растворах с линейной скоростью потока 0,3-0,5 м/ч при высоте слоя сорбента 0,5 и 1 см. Установлен характер влияния высоты слоя сорбента на коэффициент извлечения. Дана оценка влиянию линейной скорости потока на сорбционную способность глауконита. Полученные значения коэффициентов поглощения позволяют дать оценку сорбционной способности глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области по отношению к органическим кислотам.

Ключевые слова: природные сорбенты; глауконит; водоочистка; органически кислоты; химическое потребление кислорода

CHEMICAL OXYGEN CONSUMPTION BY SOLUTIONS OF SOME ORGANIC ACIDS AND ITS REDUCTION OF SORPTION PURIFICATION ON GLAUCONITE

Peshkov R.A., Master's Degree Student in “Chemistry” Programme. Derzhavin Tambov State University, Tambov, Russian Federation.

ABSTRACT

We estimate chemical oxygen consumption with dilute formic and acetic acid solutions. We perform the sorption purification of solutions on glauconite with the subsequent determination of chemical oxygen consumption. Research is conducted in flowing chloride solutions with a linear flow rate of 0.3-0.5 m/h with a height of the sorbent layer of 0.5 and 1 cm. We also establish the influence nature of the height of the sorbent layer on the recovery coefficient. The influence of the linear flow rate on the sorption capacity of glauconite is evaluated.

The obtained values of the absorption coefficients allow us to estimate the sorption capacity of glauconite of the Bondar deposit in the Tambov Region in relation to organic acids.

Keywords: natural sorbents; glauconite; water treatment; organic acids; chemical oxygen consumption

ВВЕДЕНИЕ

Перспективными сорбентами для очистки сточных вод являются природные сорбенты. В связи с наличием крупных месторождений осадочных горных пород в центральной части и на юге России их можно массово применять в качестве адсорбционно-активных материалов для получения промышленных адсорбентов [1].

Однако стоит отметить, что не все природные сорбенты в естественном состоянии обладают достаточной поглощающей способностью по отношению к парам, жидкостям и растворенным веществам. Требования, предъявляемые к ним, самые разнообразные - высокая сорбционная емкость, хорошая избирательность, легкая регенерация, механическая прочность гранул, фильтрующая способность, каталитическая активность [2].

Целью данной работы является исследование адсорбционной способности 95 %-ного концентрата глауконита по отношению к индивидуальным растворам уксусной и муравьиной кислот и их смеси.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Объектом исследования являлся 95 %-ный концентрат глауконита Бондарского месторождения Тамбовской области (%: SiO ₂ (66,9-75,8); CaO (1,1-5,1); MgO (1,0-1,6); M2O3 (3,1-6,6); K2O (1,5-2,4); Fe2O3 (6,912,0); Na2O (0,1-0,2); FeO (0,3); TiO2 (0,1-0,3); P2O5 (0,3-3,4)), подвергнутый предварительной химической обработке.

Был выполнен перевод глинистых минералов в натриевую форму обработкой раствором NaCl, ибо такая форма сорбента наиболее хорошо диспергируется при перемешивании, а катионы Na+ наиболее легко заменяются ионами иной природы.

Адсорбционную емкость сорбента оценивали пропусканием через адсорбер модельных растворов муравьиной кислоты с фиксированной линейной скоростью потока, значения которой составляли 0,3 и 0,5 м/ч. Высота слоя сорбента составляла 0,5 и 1 см. Поскольку конструкция адсорбера не позволяет непосредственно задавать линейную скорость, для требуемых значений линейной скорости рассчитывали объемную скорость по формуле (1):

где К - площадь сечения адсорбера; г - радиус адсорбера.

Расчет массы сорбента, необходимой для достижения указанной высоты слоя сорбента, проводили по формуле (2):

где т_сорб - масса сорбента; р_нас - насыпная плотность сорбента; Ј - площадь сечения адсорбера; к - толщина слоя сорбента.

Концентрацию уксусной кислоты на входе в адсорбер и на выходе из него контролировали по значению химического потребления кислорода (ХПК). Расчет величины ХПК, мг О₂/л, проводился по формуле (3):

где У_МХ - объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование в холостом опыте, мл; У_М - объем раствора соли Мора, израсходованный на титрование пробы воды, мл; С_М - концентрация раствора соли Мора, моль-экв/л; V - объем воды, взятый на определение, мл; 8 - масса миллиграмм-эквивалента кислорода, мг.

Коэффициент извлечения уксусной кислоты (р) в процессе сорбции оценивали как отношение разности исходной концентрации и наблюдаемой в данный момент времени к ее величине в момент входа в адсорбер, используя формулу (4):

кислород кислота сорбционный глауконит

где С₀ - концентрации модельных растворов уксусной кислоты на входе в адсорбер; С_т - концентрации растворов уксусной кислоты, прошедших через слой сорбента, измеренные через время т от начала эксперимента.

Все исследования были проведены при комнатной температуре.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Зависимость ХПК от концентрации для растворов муравьиной кислоты в исследованной области концентраций не может быть аппроксимирована единой прямой линией (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость ХПК растворов муравьиной кислоты от логарифма их концентраций (С, моль/л)

Поэтому была изучена также логарифмическая зависимость ^ХПК - для исследованных растворов муравьиной кислоты, которую оказалось возможным аппроксимировать прямой линией (рис. 2).

Рис. 2. Логарифмическая зависимость ХПК исследуемых растворов муравьиной кислоты от их концентрации

Полученная зависимость используется как калибровочная кривая для определения концентрации разбавленных растворов муравьиной кислоты (0,001-0,0001 н) на выходе из адсорбера, поскольку титрование в данных условиях сложно использовать из-за нечеткой точки эквивалентности.

Данные по ХПК для муравьиной кислоты после пропускания через слой глауконита представлены в табл. 1-2.

Из данных табл. 1-2 видно, что 0,01 н раствор муравьиной кислоты при высоте слоя сорбента 1 см и при скорости потока 0,3 м/ч в течение 60 мин очищается полностью, а 0,001 н раствор за это же время очищается полностью при обеих скоростях потока.

Таблица 1

ХПК растворов муравьиной кислоты после пропускания через слой глауконита. Исходная концентрация муравьиной кислоты - 0,01 н. ХПК исходного раствора - 168 мг О₂/л

Таблица 2

ХПК растворов муравьиной кислоты после пропускания через слой глауконита. Исходная концентрация муравьиной кислоты - 0,001 н. ХПК исходного раствора - 14 мг О₂/л

Зависимость ХПК растворов уксусной кислоты от логарифма концентрации (С, моль/л) имеет линейный характер (рис. 3). Была изучена также логарифмическая зависимость ^ХПК - для исследованных растворов уксусной кислоты, которую оказалось возможным аппроксимировать прямой линией (рис. 4).

Данные по ХПК для уксусной кислоты после пропускания через слой глауконита представлены в табл. 3-4.

Рис. 3. Зависимость ХПК растворов уксусной кислоты от логарифма ее концентрации (С, моль/л)

Рис. 4. Логарифмическая зависимость ХПК исследуемых растворов уксусной кислоты от их концентрации

Уксусная кислота из своих растворов поглощается адсорбентом из потока значительно хуже, чем муравьиная. Так, при высоте слоя сорбента 1 см при обеих исследуемых скоростях потока через 20 мин концентрация кислоты уменьшается от 0,01 до 0,002 н, а через 40 мин до 0,006 н, то есть адсорбция во времени ухудшается. При высоте слоя адсорбента 0,5 см очистка раствора еще хуже: через 60 мин вытекает вообще неочищенный раствор. При исходной концентрации уксусной кислоты, равной 0,001 н, при высоте слоя сорбента 1 см и скорости 0,3 м/ч через 20 мин раствор очищается до концентрации 0,00018 н, а при скорости 0,5 м/ч - до 0,0003 н. При этой скорости через 60 мин при обеих высотах слоя сорбента раствор протекает практически с исходной концентрацией. При скорости же 0,3 м/ч через те же 60 мин он продолжает слегка очищаться.

Таблица 3

ХПК растворов уксусной кислоты после пропускания через слой глауконита. Исходная концентрация уксусной кислоты - 0,01 н. ХПК исходного раствора - 304 мг О₂/л

Таблица 4

ХПК растворов уксусной кислоты после пропускания через слой глауконита. Исходная концентрация уксусной кислоты - 0,001 н. ХПК исходного раствора - 137,5 мг О₂/л

ВЫВОДЫ

1. Химическое потребление кислорода растворами органических кислот растет при переходе от муравьиной к уксусной кислоте и с увеличением концентрации раствора. Муравьиная кислота безопасна для водоемов в концентрации 0,001 моль/л и ниже, уксусная - в концентрации 0,0001 моль/л и ниже.

2. Муравьиная кислота полностью сорбируется на глауконите из растворов с концентрацией 0,01-0,001 моль-экв/л при высоте слоя сорбента 1 см и скорости потока 0,3-0,5 м/ч.

3. Уксусная кислота из своих растворов поглощается адсорбентом из потока значительно хуже, чем муравьиная. ХПК растворов уксусной кислоты с исходной концентрацией 0,01 и 0,001 моль -экв/л на выходе из адсорбера превышает предельно допустимое значение ХПК. Следовательно, для лучшей очистки растворов уксусной кислоты необходимо снижать скорость потока, концентрацию исходного раствора и увеличивать толщину слоя сорбента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дистанов У.Г. и др. Природные сорбенты. М.: Недра, 1990. 206 с.

2. Архипов ЭА. Природные минеральные сорбенты, их активирование и модифицирование. Ташкент: ФАН, 1970. 252 с.

Размещено на Allbest.ru