Адсорбция активных красителей из сточных вод органоглиной

Ключевые слова: адсорбция, молификация, органобентонит, гексадецилтриметиламмоний бромид, активный краситель.

Серьезную опасность загрязнению водоемов сточных вод представляют красильно-отделочные предприятие текстильной промышленности. Окрашенные сточные воды отделочных фабрик создают неблагоприятное эстетическое восприятие, влияющие на кислородный режим водоема и угнетающие самоочищение, вследствие адсорбции солнечного света и нарушение процессов фотосинтеза.

В настоящее время данная проблема особенно актуальна.

Адсорбция — один из эффективных методов, чтобы удалить окрашенный текстильными загрязнителями сточные воды. Адсорбционное явление в системах решения играет жизненную роль во многих областях практической экологической технологии, которые находятся главным образом в воде и обработке сточных вод из-за нескольких преимуществ, типа высокой эффективности, простой операции и легкого восстановления повторного использования адсорбента. Даже при том, что самый многообещающий адсорбент для адсорбции активированный уголь, который имеет высокую поверхностную область и высокую адсорбционную вместимость, но очень дорог, имеет высокие затраты операции и есть потребность в регенерации после каждого адсорбционного цикла [1,2]. Поэтому, есть растущая потребность найти низкую цену и эффективный, в местном масштабе доступные материалы для удаления красок. Установлено, что сложные силикаты, в частности минеральные глины, является эффективным сорбентом при удаления красителей. Эти виды глин имеют разнообразие поверхностных и структурных свойств, высокой химической стабильности, высоко определенная поверхностная область и высокая адсорбционная вместимость, и следовательно они могут использоваться, чтобы удалить красители из потоков. Некоторые глины, типа сепиолит, монтмориллонит, смектит, алунит и бентонит были исследованы с этой целью [3–6].

Бентонит — название скалы смектит. Минеральная глина группы, который почти составлен из 80 % или большего количества смектит и содержит кристаллическую решетку с тремя слоями. Для увеличения адсорбционной эффективности, бентонит был изменен с катионным поверхностно активным веществoм (ПАВ), которым является гексадецилтриметилaммоний бромид (ГДТMABr). Модифицированный бентонит можно рассмотреть как хороший адсорбент для удаления активных красителей [7]. Исследование проводилось с Навбахарским бентонитом выпускаемым Кармане в Наваинской области.

Нами было изучено удаление из водного раствора активного ярко синего красителя (КТ), который используется в текстильной промышленности для крашения и печатания при различных концентрациях красителя, температуры, времени и pH факторе.

На рис.1 приведены химические формулы активного ярко синего красителя (КТ) и ГДТМАВr.

Рис. 1. Химическая формула Активного я/синего (КТ) красителя и ГДТМАВr

Образцы глинистых минералов очищались от водорастворимых солей и песка отмучиванием дистиллированной водой. Далее технология катионзамещения заключалась в следующем: бентонит крупностью < 0,5 мм, промытый дистиллированной водой, заливают 0,1 М раствором катионита в соотношении 1: 22 (объем) и ставят на электрическую мешалку (τ = 2ч, Т = 55ºС). После чего его отфильтровывают и промывают до следов НСl (проверяют АgСl до появления слабой мути), а затем помещают в сушильный шкаф на 2 часа при 100–150ºС. В качестве растворов катионитов использовали раствор соли: NaCl.

Высушенную глину смешивали с ПАВ — гексадецилтриметиламмоний бромидом (ГДТМАBr) концентрацией менее 3 моль/л в соотношении по массе 1:3 и модифицировали при непрерывном перемешивании и нагреве на водяной бане в течение 6 часа. НBr. Затем твердая фаза отделялась от жидкой — методом центрифугирования. Выделенная твердая фаза высушилась в калориферных сушилках при 363 К в течении 2 часа до воздушно-сухого состояния. Затем образцы подвергались диспергированию в лабораторной шаровой мельнице и просеивались через сито размером отверстия 63 μm.

Бентонитовая глина была модифицирована, используя ГДТMABr который был подтвержден исследованием ИК спектра (рис.2).

Рис. 2. ИК Спектры a) природного бентонита б) модифицированного бентонита

На рис. 2 показано ИК спектры природного бентонита (а) и ГДТMABr –бентонита (б). Наблюдаются полосы высокой интенсивного поглощения в области 2851 и 2921 cм^-1, характерные к модифицированному бентониту.

Эти полосы поглощения показывают симметричное и асимметричное валентные колебания метильных и метиленовых групп и свой поворот колебаний — между 1396 и 1470 cм^-1, поддерживая модификацию молекул ГДТMABr- бентонит, но это колебание и изгиб полосы не наблюдены в природном бентоните. Это показывает и подтверждает, что модификации происходящей в бентоните является поверхностной.

Модифицированная бентонитовая глина была использована для адсорбции при различном рН факторе и концентрации КТ.

Оптическую плотность определяли на приборе спектрофотометр УВ-2101 (Shimadzu UV-2101PC). Эксперименты адсорбции с ГДTMABr-бентонит были выполнены при температурах 20,30 и 40⁰C.

На рис. 3 показано изменение рН от 1,5 до 9,5 при постоянной температуре. Как видно из этих данных, с повышением рН адсорбция уменьшается и оптимальной считается рН 1,5. Это происходит из-за сильных электростатических взаимодействий между адсорбционным участком ГДTMABr- бентонита и анионом красителя.

Рис. 3. Адсорбционная вместимость КТ красителя при различном рН

Таким образом, данные показывают, что высокая адсорбционная вместимость для ГДTMABr-бентонит 2.80·10⁻⁴ мол г⁻¹ в pH факторе 1,5, при концентрации красителя 2,5·10⁻⁴ и температуре 20⁰C. Экспериментальный результат показал, что кислый pH фактор одобряет адсорбцию. Адсорбционные изотермы описаны изотермами Ленгмюра и Френдлиха.

Литература:

1.         G. McKay, Adsorption of Dyestuffs from aqueous solutions with activated carbon. Equilibrium and batch contact-time studies // J. Chem. Tech. Biotechnol. 32. 1982, p.759–772.

2.         G.McKay, Adsorption of Dyestuffs from aqueous solutions with activated carbon // III. Intraparticle diffusion processes. J. Chem. Tech. Biotechnol. 33A 1983, pp.196–204.

3.         A. Ozcan, E. M. Oncu, A. S. Ozcan, Kinetics, isotherm and thermodynamic studies of adsorption of Acid Blue 193 from aqueous solutions onto natural sepiolite // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects 277. 2006, p. 90–97.

4.         C. C. Wang, L. C. Juang, T. C. Hsu, C. K. Lee, Adsorption of basic dyes onto montmorillonite // J. Colloid Interf. Sci. 273. 2004, p. 80–86.

5.         M.Ogawa, R.Kawai, K.Kuroda, Adsorption and aggregation of a cationic cyanine dye on smectites // J. Phys. Chem. (US) 100. 1996, p. 16218–16221.

6.         Q. H. Hu, S. Z. Qiao, F. Haghseresht, M. A. Wilson, G. Q. Lu, Adsorption study for removal of basic red dye using bentonite // Ind. Eng. Chem. Res. 45 (2006), p. 733–738.

7.         G. A. Ikhtiyarova, S. A. Ozcan, А. Ozcan, Adsorption behaviour of reactive dye onto modified bentonite from aqueous solutions // International conference 6^th Aegean analytical chemistry days. Turkey. 2008. p.323.