Дослідження процесів сорбційного вилучення фенолу композиційним сорбентом F300-MnO₂

Abstract

Фенольні сполуки є широко розповсюдженими забруднювачами стічних вод, які утворюються у нафтовій та нафтохімічній промисловості, конверсії вугілля та при виробництві фенолу. Феноли широко використовуються для комерційного виробництва найрізноманітніших пластмас, що використовуються як конструкційні матеріали для автомобілів та обладнання, при виготовленні епоксидних смол та клеїв. Скидання фенольних вод у водойми й водотоки різко погіршує їх загальний санітарний стан, впливаючи на живі організми не тільки своєю токсичністю, але й значною зміною режиму біогенних елементів і розчинених газів. Серед методів вилучення фенолів зі стічних вод великою різноманітністю відзначаються окиснювальні методи, а саме: фотохімічне, аеробне біологічне, ферментативне, електрохімічне окислення, окислення озоном. Робота присвячена дослідженню умов вилучення фенолу з використанням композиційного сорбенту з активною окислювальною фазою. У роботі отримано композиційний сорбент F300-MnO₂ шляхом осадження диоксиду марганцю на поверхні пор активованого вугілля Filtrasorb 300. Вивчено умови модифікації активованого вугілля розчином КMnO₄ для інтенсифікації процесу видалення фенолу з водних розчинів. Встановлено, що найкращий ефект очистки води досягається при модифікації вугілля розчином КMnO₄ з концентрацією 0,025 моль-екв/дм³ протягом 5-15 хв. Досліджуючи вплив рН на ефективність видалення фенолу композиційним сорбентом та немодифікованим вугіллям, встановлено, що найвищий ступінь видалення фенолу з води спостерігався у слабокислому середовищі: при рН 4-5 для F300-MnO₂ і при 5-6 для немодифікованого вугілля F300. Отримані ізотерми сорбції фенолу на F300 і F300-MnO₂ показали, що модифікація розчином КMnO₄ посилює сорбційну здатність вугілля. Ефект окисного видалення забруднювачів більш помітний при проведенні процесу протягом відносно тривалого часу (кілька днів або тижнів). В інакшому випадку лімітуючими чинниками стають зменшена питома площа поверхні сорбенту внаслідок її часткового заповнення наночасточками MnO₂, і дифузія всередині зерен композиційного сорбенту, внаслідок яких вилучення фенолу немодифікованим вугіллям стає більш ефективним.

Phenolic compounds are widespread wastewater pollutants that are produced in the oil and petrochemical industry, coal conversion, and phenol production. Phenols are widely used for the commercial production of a wide variety of plastics, which are used as structural materials for automobiles and equipment, at production of epoxy resins and adhesives. The discharge of phenol-containing waters into water bodies and watercourses sharply worsens their general sanitary status, affecting living organisms not only by their toxicity but also by a significant change in the regime of biogenic elements and dissolved gases. Among the methods of phenols removal from wastewater, there is a wide variety of oxidation methods such as photochemical, aerobic biological, enzymatic, ozone, electrochemical oxidation. The paper is devoted to the investigation of the conditions of phenol removal using a composite sorbent with an active oxidation phase. The composite sorbent F300-MnO₂ was obtained by deposition of manganese dioxide on the surface of pores of activated carbon Filtrasorb 300. The conditions of modification of activated carbon by the КMnO₄ solution were studied to intensify the process of phenol removal from aqueous solutions. It was determined that the best effect of water purification is achieved when coal was treated by КMnO₄ solution with concentration of 0.025 mol-eq/dm³ within 5-15 minutes. The investigation of the effect of pH on phenol removal by composite sorbent and unmodified coal revealed the highest efficiency in a weak acidic environment: at pH 4-5 for F300-MnO₂ and 5-6 for unmodified coal. The obtained isotherms of phenol sorption on F300 and F300-MnO₂ showed that modification with the КMnO₄ solution enhanced the sorption capacity of the coal. The effect of oxidative pollutant removal is more noticeable when carrying out the process for a relatively long time (several days or weeks). Otherwise, the limiting factors are reduced specific surface area of the sorbent due to its partial filling with MnO₂ nanoparticles, and diffusion within the grains of the composite sorbent, which makes the extraction of phenol by unmodified coal becomes more efficient.