Введение 6
1 Литературный обзор о роли никеля в жизнедеятельности человека 7
1.1 Свойства и промышленное применение никеля и его соединений 7
1.2 Сырьевые ресурсы никеля 9
1.3 Способы добычи и переработки никелевых руд 10
1.5 Загрязнение окружающей среды никель содержащими отходами и их
влияние на живые организмы 12
1.6 Исследования в области извлечения никеля из отходов производства .... 14
1.7 Выводы по первой главе 19
2 Природные глинистые минералы и их свойства 21
2.1 Особенности строения глинистых минералов 21
2.2 Ионный обмен на глинистых материалах 25
2.3 Активация и модифицирование природных глинистых материалов 25
2.4 Выводы по второй главе 27
3 Объект и методы исследования 28
3.1 Объект исследования 28
3.2 Определение химического состава глин 29
3.3 Определение фазового состава методом порошковой рентгеновской
дифракции 33
3.4 Дифференциальное термогравиметрическое исследование глин 34
3.5 Определение размеров частиц глин методом седиментационного
анализа 36
3.6 Определение кислотно-основных свойств глин 37
3.7 Определение адсорбционной активности глин и параметров адсорбции 38
4 Результаты и их обсуждение 44
4.1 Температурное воздействие на химический, гранулометрический и
фазовый состав глин 44
4.2 Влияние температуры на общую адсорбционную способность глин 54
4.3 Влияние pH водного раствора на сорбцию никеля на глинах 60
4.4 Исследование адсорбционных равновесий 61
4.5 Кинетические зависимости адсорбции никеля на бентонитовых глинах . 63
4.6 Термодинамические параметры сорбции никеля на глине 66
Заключение 68
Список использованных источников 69
Приложение
Загрязнение вод представляет серьезную экологическую проблему, которая требует проведения исследований, направленных на очистку и переработку отходов физическими, химическими, биологическими и другими методами.
Одними из основных таких загрязнителей являются соединения тяжелых металлов, поступающие в окружающую среду со сточными водами горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, гальванических цехов и так далее. Наиболее опасными для человека и животных являются соединения кадмия, свинца, меди, никеля, хрома, ртути и другие.
Среди тяжелых металлов никель является одним из наиболее широко используемых для производства сталей, сплавов, монет, аккумуляторов, постоянных магнитов. Прямой контакт никеля с кожей человека способен вызывать дерматит, многие соединения никеля являются канцерогенными.
Одним из методов очистки вод является сорбционный, преимуществами этого метода являются: хорошая управляемость процессом, относительная простота адсорбционных установок, высокая степень очистки и возможность регенерации многих сорбентов. Научно-обоснованный и экономически целесообразный выбор глинистых материалов, способных сорбировать примеси неорганического происхождения, связан с поиском недефицитных природных материалов и изучением возможности их модифицирования. Изучение бентонитовых глин для создания на их основе эффективных сорбентов с целью повышения эффективности очистки сточных вод имеет важное теоретическое и прикладное значение.
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование параметров сорбции двухвалентного никеля на бентонитовой глине для оценки возможности использования природного сорбента и его модифицированных форм для очистки производственных и сточных вод.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:
1) осуществить информационных поиск по теме исследования;
2) подобрать оптимальные методики для определения химического состава бентонита и его физико-химических и адсорбционных характеристик;
3) осуществить модификацию бентопорошка методом кислотной обработки;
4) определить равновесные, кинетические и термодинамические параметры сорбции ионов никеля на природных и модифицированных бентонитовых глинах.
Таким образом, в ходе проведенной работы изучены фазовый, химический и гранулометрический состав и их зависимость от температурного воздействия глинистого материала с месторождения «10-й Хутор», расположенного в Усть- Абаканском районе Республики Хакасия. Исследованная глина относится к натриевой разновидности, способна к сорбции различных соединений и ионов, обладает механической устойчивостью и способна к набуханию в воде.
При температурной обработке элементный химический состав практически не изменяется, по минералогическому составу наблюдается отсутствие рефлексов монтмориллонита на дифрактограмме образца, прокаленного при 1000 С, что говорит об изменении фазового состава и разрушении кристаллической решетки монтмориллонита (образование шпинели). При повышении температуры обработки глин происходит спекание частиц, что приводит к увеличению размеров частиц, что доказано методом седиментационного анализа.
Получен модифицированный кислотной обработкой бентонит, переведенный в H-форму. По результатам исследования общей сорбционной способности (СОЕН+, метиленовый синий, водный раствор иода) H-бентонит обладает более высокой адсорбционной способностью по сравнению с нативным бентонитом и бентонитами, обработаннными температурным воздействием.
Исследована сорбция ионов никеля (II) из модельных водных растворов на нативном и модифицированном бентонитах, рассчитаны значения кинетических и термодинамических параметров сорбции никеля на глинах. Сорбция никеля на исследуемых образцах протекает преимущественно по ионообменному механизму, является эндотермическим процессом и описывается уравнением изотермы Ленгмюра. Кинетика данного процесса представляет собой комбинацию физической, химической адсорбции и внешнего диффузионного процесса и лучше описывается моделью реакции псевдо-второго порядка. Сорбционное равновесие на нативном бентоните наступает по прошествии 90 минут, Н-бентоните - 60 минут. Максимальная сорбционная емкость нативного бентонита составляет 15,63 мг/г (степень сорбции 31,26 %), Н-бентонита - 17,65 мг/г (степень сорбции 35,30 %), что является достаточно высокими значениями для сорбции катионов никеля на данных материалах, следовательно, бентонитовые глины и их модифицированные формы можно считать пригодными для разработки на их основе способов очистки вод и извлечения из них никеля.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
