Механизм и кинетика нейтрализации медьсодержащих растворов модифицированными красными шламами глиноземного производства
Л.А. Пасечник, С.А. Бибанаева, И.С. Медянкина, С.П. Яценко
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.681
Оригинальная статья
Аннотация: Предложены методы модификации красных шламов (КШ) обработкой соляной кислотой и карбонизацией с получением сорбционных материалов, пригодных для извлечения металлов из кислых растворов. Модификация КШ карбонизацией способствует увеличению площади и объема пор в карбонизированном шламе (КШК), что привело к более высокой сорбционной емкости до 246 мг Cu/г, при одновременной нейтрализации сернокислого медьсодержащего раствора с 1,5 до 4,5 единиц pH. Кислотная обработка приводит к меньшим положительным эффектам по извлечению меди. Кинетика сорбции описывается уравнениями как псевдо-первого порядка (R2 > 0,96), так и псевдо-второго (R2 > 0,98), определяя равнозначные вклады в общую скорость процесса стадий массопереноса и взаимодействия ионов. При изучении механизма установлено, что поверхностные диффузионные процессы на границе «твердое — жидкое» переходят в массоперенос ионов Cu2+ и химическое взаимодействие с функциональными группами на поверхности и внутри частиц модифицированных шламов. Для исходного шлама эти процессы практически эквивалентны. Десорбция меди водой и раствором этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) показала, что прочность связей в структуре КШК–Cu и устойчивость поверхностных тройных комплексов Cu–ЭДТА–КШК оказывается выше, чем Cu–ЭДТА–КШ. Показана перспектива создания сорбционных материалов на основе промышленных отходов, в частности щелочных красных шламов, и их применение для поглощения токсичных металлов из кислых сточных вод с взаимной нейтрализацией и утилизацией разных видов техногенных отходов металлургических производств – твердых, газообразных и жидких.
Ключевые слова: красные шламы, модификация поверхности, кислотная обработка, карбонизация, сорбция, десорбция, ионы меди(II)
- Пасечник Лилия Александровна – к.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
- Бибанаева Светлана Александровна – научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
- Медянкина Ирина Сергеевна – аспирант, младший научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
- Яценко Сергей Павлович – д.х.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории химии гетерогенных процессов, ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Пасечник, Л.А. Механизм и кинетика нейтрализации медьсодержащих растворов модифицированными красными шламами глиноземного производства / Л.А. Пасечник, С.А. Бибанаева, И.С. Медянкина, С.П. Яценко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2020. — Вып. 12. — С. 681-696. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.681.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Winkler, D. Long-term ecological effects of the red mud disaster in Hungary: Regeneration of red mud flooded areas in a contaminated industrial region / D. Winkler, A. Bidló, B. Bolodár-Varga, Á. Erdő, A. Horváth // Science of The Total Environment. – 2018. – V. 644. – P. 1292-1303. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.07.059.
2. Xue, S. A review of the characterization and revegetation of bauxite residues (Red mud) / S. Xue, F. Zhu, X. Kong, et al. // Environmental Science and Pollution Research. – 2016. – V. 23. – I. 2. – P. 1120-1132. DOI: 10.1007/s11356-015-4558-8.
3. Li, Y.-C. Utilization of red mud and Pb Zn / smelter waste for the synthesis of a red mudbased cementitious material / Y.-C. Li, X.B. Min, Y. Ke, et al. // Journal of Hazardous
Materials. -2018. – V. 344. – Р. 343-349. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2017.10.046
4. Yoon, K. Synthesis of functionalised biochar using red mud, lignin, and carbon dioxide as raw materials / K. Yoon, D.-W. Cho, Y.F. Tsang, et al. // Chemical Engineering Journal. – 2019. – V. 361. – P. 1597-1604. DOI: 10.1016/j.cej.2018.11.012.
5. Santona, L. Evaluation of the interaction mechanisms between red muds and heavy metals / L. Santona, P. Castaldi, P. Melis // Journal of Hazardous Materials. – 2006. – V. 136. – I. 2. – P. 324-329. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.12.022..
6. Орлов, С.Н. Адсорбция ионов меди из водных растворов на отходах глиноземного производства / С. Н. Орлов, К.А. Бурков, М.Ю. Скрипник // Журнал прикладной химии. – 2011. – Т. 84. – № 12. – С. 1946-1949.
7. Gisi, S.D. Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment: a review / S.D. Gisi, G. Lofrano, M. Grassi, M. Notarnicola // Sustainable Materials and Technologies. – 2016. – V. 9. – P. 10-40. DOI: 10.1016/j.susmat.2016.06.002.
8. Le, T. Pore-forming mechanism of granular red mud by microwave activation and its application in organic dyes adsorption from aqueous solution / T. Le, H. Wang, S. Koppala, S. Ju, Q. Wang, X. Li // Materials Research Express. – 2018. – V. 5. – № 8. – Art. № 085510. – 15 p. DOI: 10.1088/2053-1591/aad434.
9. Shoppert, A.A. Increased as adsorption on maghemite-containing red mud prepared by the alkali fusion-leaching method / A.A. Shoppert, I.V. Loginova, D.A. Rogozhnikov, K.A. Karimov, L.I. Chaikin // Minerals. – 2019. – V. 9. – I. 1. – Art. № 60. – 15 p. DOI: 10.3390/MIN9010060.
10 Калинкина, Е.В. Исследование сорбционных свойств механоактивированного серпентина по отношению к катионам меди(II) / Е.В. Калинкина, А.М. Калинкин, Т.Н. Васильева, С.И. Мазухина, А.Т. Беляевский // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2012. – № 3. – С. 229-236.
11. Zhu, С. Removal of cadmium from aqueous solutions by adsorption on granular red mud (GRM) / C. Zhu, Z. Luan, Y. Wang, X. Shan // Separation and Purification Technology. – 2007. – V. 57. – I. 1. – P. 161-169. DOI: 10.1016/j.seppur.2007.03.013.
12. Пасечник, Л.А. Извлечение редких элементов из отвального шлама глиноземного производства с использованием отходящих газов печей спекания / Л.А. Пасечник, И.Н. Пягай, В.М. Скачков, С.П. Яценко // Экология и промышленность России. – 2013. – № 6. – С. 36-38.
13. Borra, C.R. Leaching of rare earths from bauxite residue (red mud) / C.R. Borra, Y. Pontikes, K. Binnemans, T.V. Gerven // Minerals Engineering. – 2015. – V. 76. – P. 20-27. DOI: 10.1016/j.mineng.2015.01.005.
14. Лурье, Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. – М.: Химия, 1989. – 448 с.
15. Adsorption from solution at the solid/liquid interface / ed. by G.D. Parfitt, C.H. Rochester. – London, New York: Academic Press, 1983. – XI, 416 p.
16. Dermont, G. Soil washing for metal removal: A review of physical/chemical technologies and field applications / G. Dermont, M. Bergeron, G. Mercier, M. RicherLaflèche // Journal of Hazardous Materials. – 2008. – V. 152. – I. 1. – P. 1-31. DOI:
10.1016/j.jhazmat.2007.10.043.
17. Wu, P. Adsorption of Cu –EDTA complexes from aqueous solutions by polymeric Fe Zr / pillared montmorillonite: Behaviors and mechanisms / P. Wu, J. Zhou, X. Wang, et al. // Desalination. – 2011. – V. 277. – I. 1-3. – P. 288-295. DOI: 10.1016/J.DESAL.2011.04.043.
18. Kropacheva, T.N. Complexons as reagents for demetallization of contaminated sediments / T.N. Kropacheva, A.S. Antonova, Y.V. Rabinovich, V.I. Kornev // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2014. – V. 87. – I. 10. – P. 1422-1429. DOI: 10.1134/S107042721410005X.