Сорбційні властивості окисленого і неокисленого активованого вугілля щодо іонів міді(ІІ)

Abstract

Проблема отримання ефективних сорбційних матеріалів є актуальною у зв'язку зі зростаючими об’ємами промислових стічних вод і розробкою індивідуальних технологій їх очищення, включаючи сорбційні методи. Активоване вугілля зарекомендувало себе як унікальний сорбент, що має високусорбційну ємність по відношенню до сполукрізної природи. Модифікація його поверхні, її окиснення призводить до зростання адсорбційної активності. Метою роботи є порівняння сорбційних властивостей окисленого і неокисленого активованого вугілля щодо іонів міді(ІІ). Концентрація іонів Cu(II) у розчині визначалася методом атомно-абсорбційного аналізу на спектрометрі «МГА-915». Ступінь окисленності вугілля характеризувався величиною статичної обмінної ємності. Дослідження на модельному синтетичному азотовмісному вугіллі СКН показали наявність різної кількості оксигенвмісних поверхневих функціональних груп: слабокислотних (лактонні) ‒COO‒; сильнокислотних (карбоксильних) ‒СООН; фенольних ‒ОН. Показано, що без доступу кисню механізми взаємодії активованого вугілля різного ступеню окисленності з іонами Cu(II) різні: при використанні слабоокисленого вугілля перебігає відновлювальна сорбція, якщо сорбентом слугує сильноокислене вугілля – іонний обмін. Знайдено, що для вугілля СКН з малим вмістом кисню гранична сорбція іонів Cu(II) в деаерованому середовищі складає близько 40 мг/г, в присутності кисню вона зменшується до 6 мг/г. Збільшення долі карбоксильних і фенольних груп призводить до збільшення сорбції іонів Cu(II). Відновлювальна сорбція міді(ІІ) із аерованих розчинів термодинамічно заборонена. Рекомендовано використовувати додаткове окиснення вугілля з метою підвищення вмісту поверхневих функціональних групі сорбційної здатності сорбенту. Для вилучення міді(ІІ) із технологічних водних розчинів найбільш ефективні вуглецеві матеріали з достатньою кількістю оксигенвмісних функціональних груп різної природи.The problem of obtaining effective sorption materials is relevant in connection with the growing volumes of industrial wastewater and the development of individual technologies for their purification, including sorption methods. Activated carbon has established itself as a unique sorbent with a high sorption capacity for compounds of various nature. Modification of its surface, its oxidation leads to an increase in adsorption activity. The aim of this work is to compare the sorption properties of oxidized and non-oxidized activated carbon with respect to copper(II) ions. The concentration of Cu(II) ions in the solution was determined by atomic absorption analysis on an MGA-915 spectrometer. The degree of coal oxidation was characterized by the value of the static exchange capacity. Studies on the model synthetic nitrogen-containing carbon SKN showed the presence of different amounts of oxygen-containing surface functional groups: weakly acidic (lactonic) ‒COO‒; strongly acidic (carboxylic) ‒COOH; phenolic OH. It is shown that without access to oxygen, the mechanisms of interaction of activated carbon of different oxidation states with Cu(II) ions are different: when weakly oxidized carbon is used, reductive sorption occurs, and if highly oxidized carbon serves as a sorbent, ion exchange occurs. It was found that for SKN coal with a low oxygen content, the boundary sorption of Cu(II) ions in a deaerated medium is about 40 mg/g; in the presence of oxygen, it decreases to 6 mg/g. An increase in the proportion of carboxyl and phenolic groups leads to an increase in the sorption of Cu(II) ions. Reductive sorption of copper(II) from aerated solutions is thermodynamically prohibited. It is recommended to use additional oxidation of coal to increase the content of PFG and the sorption capacity of the sorbent. For the extraction of copper(II) from aqueous technological solutions, carbon materials with a sufficient amount of oxygen-containing functional groups of various nature are most effective.