Исследование кинетических закономерностей твердофазного концентрирования ионов кальция природными сорбентами
Аннотация
Для борьбы с зимней скользкостью широкое применение нашли комбинированные противогололедные смеси, имеющие в составе механическую часть из природных материалов и небольшие количества солей. В основе получения таких смесей лежит сорбционное насыщение различными модифицирующими компонентами, среди которых наиболее распространены хлориды натрия, калия, кальция и магния. Данное исследование посвящено определению оптимальных условий адсорбции ионов кальция природными сорбентами Астраханской области, а также оценке аппроксимаций химических и диффузионных моделей для описания кинетики сорбционного концентрирования c целью создания противогололедных смесей. Путем нехимической переработки природного сырья Астраханской области, добываемого открытым карьерным способом получены сорбенты: мергель, минерал опал мергелевого типа (опока), глина.
Кинетические исследования адсорбции ионов кальция проводили, оценивая убыль сорбата в
различные промежутки времени методом прямой потенциометрией с ионселективным электродом
марки «ЭЛИС-121Са» относительно хлорсеребряного электрода сравнения «ЭВЛ-1М3.1» с учетом
фона. Исследование влияния среды на адсорбцию проводили с помощью комбинированного стеклянного электрода марки ЭСК-10601/7, что позволило установить максимальную ёмкость поглощения ионов кальция опалом мергелевого типа при рН=6.94, мергелем при рН=5.61 и при рН=6.45 глиной.
Анализ изотерм адсорбции ионов Са2+ при исследуемых температурах позволяет отметить характер процесса: на глине и мергеле – эндотермический; на опале мергелевого типа – экзотермический. Максимальной сорбционной емкостью к ионам Са2+ обладает опал мергелевого типа, для глины
и мергеля данные значения приблизительно одинаковы. Для выявления сорбатных взаимодействий,
были вычислены изостерические теплоты адсорбции ионов Са2+. Анализ характера изменения изостерических теплот адсорбции при различных величинах степени заполнения сорбента указывает на то, что изучаемые природные сорбенты имеют гетерогенную поверхность с центрами различной степени активности.
Интерпретация кинетических закономерностей адсорбции ионов кальция на природных сорбентах позволяет отметить, что поглощение ионов кальция протекает в смешаннодиффузионном режиме. Графическое нахождение и теоретический расчет: констант внешней и внутренней диффузии,
значения критерия Био, кажущейся энергии активации позволяют сделать вывод, что определяющей в стадии лимитирования является внутренняя диффузия для мергеля и глины, внешняя – для опала мергелевого типа. Установлен вклад в общую скорость процесса стадии химического взаимодействия
сорбата с поверхностью сорбентов, что подтверждается соответствием экспериментальных данных и
кинетической модели Хо-Маккей. Экспериментально найденные количественные характеристики
адсорбции ионов кальция, позволяют сделать вывод о возможности применения изучаемых сорбентов в качестве носителей для производства фрикционных противогололедных материалов. Процесс работы полученных противогололедных систем происходит за счет выделения энергии при совместном физико-химическим взаимодействии носителей и ионов кальция с поверхностью льда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lv J., Song Y., Jiang L., Wang J. // American Chemical Society. 2014. Vol. 8(4).
pp. 3152-3169. DOI:10.1021/nn406522n.
2. Farnam Y., Dick S., Wiese A., Davis J. et al. // Cement and Concrete Composites. 2015.
Vol. 64. pp. 1-15.
3. Алыков Н.М., Сютова Е.А. // Экологические системы и приборы. 2007. № 8. С. 46-48.
4. Сютова Е.А., Алыков Н.М. // Экология и промышленность России. 2012. № 2. С. 47-51.
5. Громалова В.О., Федотов А.И., Зедгенизов В.Г., Гергенов С.М. // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2018. Т. 15. № 1 (59). С. 55-60.
6. Джигола Л.А., Садомцева О.С., Шакирова В.В., Каргина К.В. и др. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2018. Т. 61. № 9-10. С. 105-112.
7. Джигола Л.А., Сютова Е.А. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и
химическая технология. 2018. Т. 61. № 9-10. С. 98-104.
8. Sirotkina E. E., Novoselova L. YU. // Chemistry for Sustainable Development. 2005.
Vol. 13. pp. 359-375.9. Дударев В.И., Иринчинова Н.В., Филатова Е.Г. // Изв. вузов. Химия и хим. техноло-
гия. 2017. Т. 60. № 1. С. 75-80.
10. Tataeva S.D., Ramazanov A.Sh., Magomedov K.E., Bakhmudova A.G. // Journal of
Analytical Chemistry. 2014. Vol. 69(1). pp. 45-50.
11. Бойд Д.Е., Адамсон А.В., Майерс Л.С. Хроматография. М. Изд-во иностр. лит-ры,
1949. 333 с.
12. Рамазанов А.Ш., Есмаил Г.К. // Вестник Дагестанского государственного университета. 2014. Т. 1. С.179-183.
13. Низамова Г.Р., Галимова Р.З., Шайхиев И.Г. // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. № 11. С. 142-148.
14. Киекпаев М.А., Строева Э.В. // Вестник ОГУ. 2006. № 5. С. 35-39.
15. Пимнева Л.А., Нестерова Е. Л. // Вестник омского университета. 2011. № 2. С. 130-134.
16. Брилинг И.А. Фильтрация в глинистых породах. М. ВИЭМС. 1984. 61 с.
17. Bleza M.A., Figliolia N.M., Maroto A.J.G., Regazzoni A.E. // J. of Colloid and Int. Sci. 1984. Vol. 101(2). pp. 410-418.
18. Макаров А.В. Дисс. канд. техн. наук. Томск. 2013. 154 с.
19. Hawari A., Rawajfih Z., Nsour N. // J. Hazard. Mater. 2009. Vol. 168. pp. 1284-1289
20. Алосманов Р.М. // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Химия. 2011. Т. 52. № 2. С. 145-148.
21. Алыков Н.М., Сютова Е.А., Алыков Е.Н. Патент РФ. № 2378311. 2007.
