Вплив типу природного сорбенту на кінетик у сорбції іонів амонію із води

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВПЛИВ ТИПУ ПРИРОДНОГО СОРБЕНТУ НА КІНЕТИК У СОРБЦІЇ ІОНІВ АМОНІЮ ІЗ ВОДИ

Досліджено процеси сорбційного очищення води від амонійного забруднення. Охарактеризовано сорбційну здатність природного палигорськіту за допомогою ізотерм, встановлені значення кінетичних коефіцієнтів адсорбції. Визначено, що процес очищення води від іонів амонію переважно відповідає моделям поверхневої дифузії при нелінійній ізотермі.

Sorptive processes of water purification from ammonia pollution werein vesti gate dinthis research. Thes orption capacity of natural paligor skit were characteri zed by means oftheis o therm, importance weredeter mine dindy namics. The upshotof them atteris that water purification process conforms to the superficial diffu sionmodeldurin glineariso therm.

Ключові слова: амонійне забруднення, палигорськіт, адсорбція.

Постановка проблеми.

Забезпечення населенняя кісною питною водою є одним з головних і найбільш важливих завдань екологічної та епідеміологічної безпеки. Однак, сучасний стан водного басейну та постійно зростаюча потреба у чистій питній воді, яка б відповідала усім гігієнічним вимогам, потребують інтенсивних дій, скерованих на пошук нових технологій водо підготовки Останнім часом фізико-хімічний аналіз підземних вод виявив у них над нормативний вміст багатьох шкідливих сполук, зокрема амонійного азоту, що загрожує хронічним масовим отруєнням населення.

Аналіз та порівняння з техніко-економічної точки зору економічних методів вилучення амонійного азоту з водних розчинів дозволяє констатувати, що одним із най ефективнішим є метод іонного обміну з використанням природних дисперсних сорбентів.

Очищення водних розчинів за допомогою дисперсних сорбентів відповідає багатьом вимогам екологічно чистого та енерго ощадного виробництва, що базується на принципі безвідходності. Потужні геологічні запаси, дешеве видобування породи, проста підготовка до транспортування та використання, можливість використання відпрацьованих сорбентів у інших технологіях, завдяки чому відпадає потреба у дорого вартісній регенерації - основні переваги використання природних мінералів. Природні сорбенти, зокрема, цеоліти, палигорьскіти, відзначаються доброю іонообмінною селективністю катіонів різних важких металів, крім цього вони легко доступні і не вимагають попередньої складної обробки. Звичайно,вони застосовуються в подрібненому абомеленому вигляді.

Виходячи із цього робота, яка направлена на дослідження сорбції іонів амонію із питної води на природних сорбентах, охоплює вирішення перерахованих вище завдань, є актуальною і важливою для забезпечення життєдіяльності суспільства.

Аналіз останніх публікацій показує, що дослідні роботи з застосуванням природних сорбентів зосереджуються в основному на визначенні іонообмінної ємності, чи визначені умов їх регенерації. На жаль немає в них однозначного підходу до механізму процесів, які відбуваються. Для пізнання процесів, їх розрахунку та впровадження, необхідно встановити масообмінні та кінетичні константи, які характеризують процес. Відомо, що аналіз одиничних процесів, таких, як сорбція на природних сорбентах, може бути проведений із застосуванням методів математичного моделювання. Але для цього обов'язково потрібно провести експериментальні дослідження.За умови проведення комплексу експериментальних досліджень, розробки математичного апарату для аналіз у досліджуваного процесу, розроблення та апробації комп'ютерної програми для проведення розрахунків, представляється можливість визначення констант, необхідних для розрахунку процесу. Метою роботи є дослідження процесу адсорбції іонів амонію із питної води на природному дисперсному сорбенті палигорськіті, проведення теоретичного аналізу процесу адсорбції іонів амонію дисперсним сорбентом та здійснення ідентифікації експериментальних даних відомим методикам. Матеріал та результати досліджень. Експериментально-досліджено процеса дсорбції іонів амонію із питної води сорбентом палигорськітом та ідентифіковано отримані дані відомим теоретичним моделям. Палигорськіти (торгова назва -атапульгіти) належать до групи мінералів, що у природному виді мають високі адсорбційні властивості, які з умовлені своєрідною будовою кристалічних ґраток мінералу ,що утворюється з породи-палигорськіту. В Україні інтерес до палигорськітових глин різко посилився після відкриття Черкаського родовища. Було доведено можливість широкого використання глин у буровій, нафтохімічній та газовій промисловості для очищення й осушення нафти і природних газів, виготовлення солестійких глинистих розчинів та ін. Почато роботи з вивчення можливості застосування палигорськітів у виробництві рідких комплексних та твердих комплексних добрив, хімічних засобів захисту рослин, у виробництві кормів та ін. Використання палигорськітів як очисних сорбентів водних ресурсів теж представляє не аби який інтерес.

Проводились експериментальні дослідження впливу температури на процес адсорбції іонів амонію для природного сорбенту палігорськіту. Результати експериментальних досліджень, які лягли в основу побудови експериментальної ізотерми адсорбції, представлені на рис.1.

амонійне забруднення палигорськіт адсорбція

Рис.1.Експериментальні ізотермиадсорбціїіонівамоніюнапалигорськіті

Як видно із рис. 1, експериментальні ізотерми відхиляються від лінійності, що викликає необхідність аналіз у їх за допомогою ідентифікації відомим теоретичним моделям. Разом з тим,рис.1 свідчить,що температура практично не впливає на адсорбційну ємність іонного обміну, що дозволило об'єднати весь масив даних однією ізотермою.

Для ідентифікації обрано 4 теоретичні моделі: модель Ленгмюра та модель, а також моделі бі-Ленгмюрата Фрейндліха. Почергово проводимо ідентифікацію експериментальних даних цим моделям, вибравши на 1 етапі апроксимацію з допомогою алгебраїчних функцій за методом Маркварта.

Графічні результати ідентифікації представлені на рис.2-5.

Як видно із рис. 2-5, з достатньою мірою коректності експериментальні дані можуть бути проаналізовані ізотермами Ленгмюра, бі-Ленгмюра та Нікольського. Ізотерма Фрейндліха у цьому випадку неприйнятна, оскільки вона має зовсім інший характер.

Для вибору моделі із перерахованих вище трьох, які придатні для аналізу, і встановлення моделі, яка найбільш коректно описує експериментальн ідані, необхідно провести аналіз статистичних оцінок ідентифікації. За такі статистичні оцінки,які обчислюються програмою, нами прийнято критерій Фішера - для оцінки збіжності 2 дисперсій (експериментальних даних та розрахункової моделі) і критерій t- Стьюдента для оцінки з начущості обрахованих коефіцієнтів масообміну, які порівняні із стандартними значеннями критерію t- Стьюдента з довірчим інтервалом 95%.

Розраховані параметри для аналізованих теоретичних моделейприведені в таблиці 1.

Таблиця 1 Розрахункові параметри ідентифікації теоретичних даних експериментальним моделям

Аналіз значень критерію Фішера для досліджуваних теоретичних ізотерм (таблиця 1, рис. 2) дозволяє стверджувати, що найбільш коректно описує процеса дсорбції ізотерма Ленгмюра.

Разом з тим можна стверджувати, що з достатньою мірою точності для опису процесу можуть бути використані всі 3 ізотерми: Ленгмюра, бі-Ленгмюра та Нікольського.

Розраховані значення констант масообміну, які приведенів таблиці 4.1,можуть бути використані для розрахунку реальних процесів. Значущість їх підтверджена розрахунковими значеннями критерію t-Стьюдента, які у всіх випадках не були нижчими стандартних значень критерію Стьюдента із довірчим інтервалом 95 %.

Висновки

В роботі розглянуто результати експериментального дослідження адсорбції іонів амонію на природному сорбенті палигорськіті. Показано,щов границях досліджуваних температур (200С та 350 С) температура мало впливає на процес масообміну. Експериментальні дані для цих температур можуть бути описані однією залежністю.

Експериментальні дані адсорбції іонів амонію палигорськітом з використанням розробленої програми ідентифіковані відомим теоретичним ізотермам-Ленгмюра, бі-Ленгмюра, Френдліха та Нікольського. Шляхом аналізу розрахованих значень критерію Фішера встановлено,що найкраще описує процес ізотерма Ленгмюра. Для всіх досліджуваних теоретичних ізотерм розраховані значення констант масообміну,які можуть бути використані для розрахунку реальних процесів.

Література

1.Запольский А.К. Фізико-хімічні основи технології очищення стічних вод / Запольский А.К.,Мішкова- Клименко Н.А.,Астрелін І.М.таін.- К.: Лібра, 2000.- 552с.

2.Тарасевич Ю.И. Адсорбция на глинистих минералах/ Тарасевич Ю.И.,Овчаренко Ф.Д.-К.:Науковадумка,1975.-351С.

3.Петрусь Р. Технології очищення стоків із застосуванням природних дисперсних сорбентів / Петрусь Р., Мальований М., Варчол Й., Одноріг З., Петрушка І.,Леськів Г// Хімічна промисловість України, №2 (55), 2003.- С.20-22.

Размещено на Allbest.ru