Сравнительный анализ поглощения катионов железа и марганца шунгитом и цеолитом типа клиноптилолит
Михалев Тодор,
инженер, руководитель лаборатории, Университет им. профессора доктора Асена Златарова,
Костадинова Марта,
ученик Гимназии ППМГ «Академик Никола Обрешков».
г. Бургас, Болгария.
Введение
Шунгит является уникальным природным материалом. Он необычен по происхождению, по структуре входящего в его состав углерода и структуре самих пород. Можно сказать, что шунгит является природным нанотехлогическим материалом, полезные свойства которого изучены сегодня еще не достаточно. [1] Существует нясколько теорий, объясняющих произхождение шунгита. На сегодня наиболее общепринятой является биогенная теория. Шунгиты образовалиьс из донных осадков морских мелководий, богатых ограническим веществом, примитивными микроорганизмами, живущими около двух милиаров лет тому назад. В раннепротерозийских шунгитах Карелии, в стратифицированных их разностях, обнаружены многочисленные остатки коккоидных колониальных бактерий, близкие к современным бентосным формам цианобактерий. [2]. Производственная мощность предприятия по добыче и переработке шунгита - 200 тыс. тонн в год. Шунгитные запасы Зажогинского месторождения составляют 35 млн тонн [3]. Целебные свойства шунгитов известны более трех столетий. Первое официалньое упоминание об их чудодейственой силе относится к началу 17 века. [4]. Именно сорбционные, каталитические и восстановительные свойства шунгитовых пород позволяют успешно очищать сточные воды от многих органических и неорганических веществ (нефтепродуктов, пестицидов, фенолов, поверхностно-активных веществ и др.). Кроме этого, шунгит является самым эффективным веществом для очистки водопроводной воды от хлорорганических веществ (диоксинов, радикалов), обладает бактерицидными свойствами. [3]
Материалы и методы
Адсорбат
Модельные растворы приготовляются следующим образом:
стандартный раствор для марганца ~ 2 мг/л, (исходный стандартный раствор „Scharlau“. Manganese, standard solution 1000 mg/l Mn for AA /Manganese nitrate in nitric acid 0,5 mol/l /);
стандартный раствор для железа ~ 2 мг/л, (исходный стандартный раствор MERCK, Iron standard solution traceable to SRM from NIST Fe(NO3)3 in HNO3 0,5 mol/l – 1000 mg/l Fe).
Адсорбент
Шунгит
Использованный шунгит обладает следующими физическими свойствами:
плотность - 2,25-2,40 г/см3; пористость - 0,5-5%; прочность на сжатие 100-150 Мпа.
И имеет следующий химический состав:
Углерод – от 20 до 95%, кремний – от 5 до 60%, алюминий – до 4%, железо – 3,5%, магний – до 3,5%, калий – до 1,5%, сера – до 1,2%, кальций – до 0,58%, фосфор – до 0,34% [4].
Шунгит ввезен из России, с месторождения в области Карелия. Претерпел следующую обработку:
Измельчение в шаровой мельнице, просеян через сито с ячейкой до 600 мкм.
Обработанный таким способом, затем был использован в ходе эксперимента.
Цеолит типа клиноптилолит
Проведенный количественный анализ показал, что исследуемая проба содержит 98 % клиноптилолита [(Na,K,Ca)6(Si,Al)36O72.20H2O] и 2 % кварца SiО2.
Цеолит подвержен следующей обработке, с целью его использования в экспериментальных целях:
- измельчение в дробилке модели «Retsch»,
- просеивание через вибрационное сито модели «Retsch»,
- высушивание при 105оС в сушильной камере модели «J.P.SELECTA,s.a»
- термическая активация при 400°С в течение 2 часов в печи модели «Carbolite CSF 1100».
Подготовленный таким образом цеолит был использован в ходе эксперимента.
Эксперимент
Для проведения эксперимента из исходных стандартных растворов тяжелых ионов металлов с концентрацией ~ 2 мг/л взвешиваются 0,20 г шунгита/цеолита, взвешенных с точностью до второго знака на технических весах модели «Sartorius». Затем, в стакане 150 мл смешиваются адсорбент (шунгит/цеолит 0.20 г) и адсорбат (100 мл 2 мг/л стандартного раствора), при помощи магнитной мешалки «HANNA» с регулируемыми оборотами раствор интенсивно гомогенизируется при температуре 20 оС, при чем процесс адсорбции прерывается соответственно на первой минуте, на третьей минуте, на пятой минуте и на десятой минуте. Перерыв происходит путем фильтрации под вакуумом 0,45 мкм фильтром раствора адсорбента и адсорбата. Растворы сорбата, полученного на первой, третьей, пятой и десятой минуте анализируются посредством ICP-OES Analysis (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy ). Результаты анализов представлены на фиг. 1, 2, 3, 4.
Результаты и обсуждение
Адсорбция проведена с использованием модельных (стандартных) растворов с концентрацией ~ 2 мг/л при T, P, V и С =const. Время контакта составляло 10 мин.
На фиг. 1 и 2 показаны графики адсорбции шунгитом из растворов ионов марганца и железа, а на фиг. 3, 4 представлены графики адсорбции природным цеолитом типа клиноптололит.
Рис. 1. Адсорбция шунгитом с использованием Рис. 2. Адсорбция шунгитом с использованием
модельного раствора ионов железа. модельного раствора ионов марганца.
Рис. 3. Адсорбция ионов железа природным Рис. 4. Адсорбция ионов марганца природным
цеолитом типа клиноптилолит цеолитом типа клиноптилолит
с использованием модельного раствора. с использованием модельного раствора.
На рис. 1, 3 наблюдается кривая адсорбции модельного раствора железа цеолитом и, соответственно, шунгитом. Из них видно, что адсорбционные кривые шунгита и цеолита отличаются. Это обусловлено разницей в реакциях поглощения, которую мы наблюдаем. Также видно, что у цеолита в первой минуте наблюдается более крутой наклон кривой. Это обусловлено большей скоростью адсорбции ионов железа цеолитом, в то же время, шунгит реагирует более плавной кривой и процессы адсорбции замедляются во времени. Это показывает разницу в селективной реакции адсорбции при первоначальном контакте адсорбентов и модельного раствора из железа.
На рис. 2, 4 наблюдается адсорбция из модельного раствора марганца цеолитом и, соответственно, шунгитом. Здесь очень ясно выделяется почти прямая линия адсорбции шунгитом. Это показывает, что в рамках 10 минут адсорбция ионов железа по отношению к шунгиту незначительна, в отличие от кривой цеолита, где опять наблюдается плавная кривая, но значительно более крутая. Здесь приходим к выводу, что в рамках 10 минут адсорбция шунгитом намного меньше по сравнению с цеолитом типа клиноптилолит.
Выводы
Проведена адсорбция ионов марганца и железа из модельных (стандартных) растворов с концентрацией ~ 2 мг/л при T, P, V и С =const. Время контакта составляло 10 мин. Кривые адсорбции из модельного раствора ионов железа показывают, что цеолит проявляет более полную поглотительную способность ионов железа по сравнению с шунгитом, но при адсорбции из модельного раствора ионов марганца шунгит проявляет незначительную поглотительную способность по сравнению с цеолитом типа клиноптилолит.
Литература
1. Кибардин, Геннади. «Шунгит, су-джок, вода-для здоровья тех, кому за...»,2015 г.
2. М. Н. Горохова, К. С. Лебедев, В. В. Платонов, «Особенности химичекого состава шунгита карельсково заонежья», 2014 год.
3. Мосин О. В. «Шунгит – природный нанотехнологический матери-ал», Московская гос. академия тонкой химической технологии им, М. В. Ломоносова. Nano News Net, 2008 год.
4. Доктор с.х. наук Каримов И. А. , кандидат с.х. наук Кибека А. И., «Шунгит-чудо камень», Карелия, г.Петерзаводск, 2015 год.
Поступила в редакцию 11.10.2016 г.