Изотермы сорбции ионов Fe²⁺, Fe³⁺ отходами промышленных предприятий из водных растворов

Целью настоящей работы являлось изучение изотерм процесса сорбции ионов Fe²⁺, Fe³⁺ отходами промышленных предприятий из водных растворов.
Методы. В качестве сорбента использовались техногенные отходы сахарного производства (дефекационная грязь АО «Сахарный комбинат Льговский»), кожевенного производства (хромовая стружка Курский кожевенный завод ООО «Курская кожа») и предприятия авиационного приборостроения (гальванический шлам АО «Авиаавтоматика» им. В. В. Тарасова»).
В качестве сорбатов выбраны ионы Fe²⁺, Fe³⁺, поскольку проблема обезжелезивания является особенно актуальной для Курской области из-за условий образования и особенностей формирования природных и сточных вод.
В качестве научного основания для изучения сорбции предложен термодинамический подход, согласно которому сорбционные свойства можно оценить по величине максимальной рабочей ценности переноса вещества из раствора на поверхности сорбентов. Для описания изотерм сорбции использовались математические модели Ленгмюра и Фрейндлиха. Для определения остаточного содержания ионов Fe²⁺, Fe³⁺ построены калибровочные графики зависимости оптической плотности от концентрации ионов Fe²⁺, Fe³⁺ в водных растворах сульфосалицилатным фотометрическим методом.
Результаты. По уравнениям изотерм сорбции Фрейндлиха и Ленгмюра обработаны и проанализированы изотермы сорбции и определены параметры процесса сорбции ионов Fe²⁺, Fe³⁺ отходами производства из водных растворов. Установлена самопроизвольность протекания данного процесса.
Заключение. Полученные результаты показали пригодность отходов производства в качестве недорогого сорбента для эффективного удаления ионов Fe²⁺, Fe³⁺ из водных растворов в диапазоне от 0,8636 до 8,636 г/дм³. Установлено, что сорбция ионов Fe²⁺, Fe³⁺ на отходах производства происходит в виде монослойной сорбции на поверхности, которая является однородной по сорбционному сродству и описывается изотермами Ленгмюра, что подтверждено высоким значением величины доверительной аппроксимации (R²= 0,9909-0,9955).
В ходе работы установлено, что наибольшую сорбционную способность проявляет гальванический шлам и дефекат. 

1. Лысенко А. В., Ветчинова Д. В., Фрундина Д. А. Изучение адсорбции ионов железа (III) отходами растительного происхождения в зависимости от температуры // Будущее науки – 2017: сборник научных статей 5-й Международной молодежной научной конференции: в 4-х т. / под ред. А. А. Горохова. Курск: Университетская книга. 2017. Т. 3. С. 319– 322.

2. Лысенко А. В., Подкопаева О. А., Колмыкова Д. А. Применение техногенных отходов при обезжелезивании водных объектов // Рациональное использование природных ресурсов и переработка техногенного сырья: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, химия и биотехнология: материалы Международной научной конференции. Белгород: Белгород. гос. техн. ун-т им. В. Г. Шухова, 2021. С. 115–120.

3. Доклад о состоянии и охране окружающей среды на территории Курской области / Администрация Курской обл. Курск, 2020. 199 с. URL: https://www.kursk.ru/upload/iblock/de4/ecodoklad-2021/pdf (дата обращения: 20.02.2023).

4. Ниязи Ф. Ф., Мальцева В. С., Сазонова А. В. Кинетические закономерности сорбции ионов железа (II, III) модифицированными карбонатными породами // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Физика и химия. 2012. № 1. С. 40–47.

5. Использование производственных отходов для очистки сточных вод / Н. С. Лупандина, Н. Ю. Кирюшина, Ж. А. Свергузова, Д. А. Ельников // Экология и промышленность России. 2010. № 5. С. 38–41.

6. Сазонова А. В., Голощапова С. Э. Адсорбция ионов металлов отходами деревообрабатывающей промышленности // APRIORI. Cерия: Естественные и технические науки. 2014. № 2. С. 17.

7. Сазонова А. В., Афанасьева М. М. Использование отходов кожевенного производства для очистки сточных вод текстильных предприятий // Актуальные проблемы экологии и охраны труда: сборник статей VII Международной научно-практической конференции / редкол.: Л. В. Шульга (отв. ред.) [и др.]; Юго-Западный гос. ун-т. Курск, 2015. С. 181–185.

8. Молокоедова Т. А., Лысенко А. В., Кувардин Н. В. Термодинамика процесса адсорбции железа (II, III) из водных растворов отходами производства // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии – 2021: сборник научных статей Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / отв. ред. О. В. Бурыкина. Курск: Университетская книга, 2021. С. 123–127.

9. Крымова В. В., Щербин Э. А. Исследование процессов адсорбции ионов Fe3+ на бентонитах // Ученые записки Таврического национального университета имени В. И. Вернадского. Серия: Биология, химия. 2012. Т. 25 (64), № 4. С. 248–254.

10. Полещук И. Н., Пинигина И. А., Созыкина Е. С. Извлечение ионов железа (III) из водных растворов природными сорбентами // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 3-1. С. 65–69.

11. Молокоедова Т. А., Лысенко А. В. Термодинамика процесса адсорбции железа (II, III) из водных растворов отходами производства // Всероссийский научный форум студентов и учащихся: сборник статей III Всероссийской научно-практической конференции. Петрозаводск: Новая наука, 2021. Ч. 1. С. 236–241.

12. Солуковцева Т. В., Лысенко А. В. Разработка способа очистки сточных вод от ионов меди (II) отходами свеклосахарного производства // Юность и Знания – Гарантия Успеха – 2017: сборник научных трудов 4-й Международной молодежной научной конференции: в 2 т. / отв. ред. А. А. Горохов. Курск: Университетская книга, 2017. С. 68–71.

13. Фрундина Д. А., Ветчинова Д. В., Лысенко А. В. Очистка сточных вод отходом сахарного производства от прямых красителей // Будущее науки-2017: сборник научных статей 5-й Международной молодежной научной конференции: в 4-х т. / отв. ред. А. А. Горохов. Курск: Университетская книга, 2017. Т. 3. С. 340–343.

14. Сазонова А. В., Мальцева В. С. Перспективы использования отходов свеклосахарного производства в качестве сорбентов // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2012. №1 (49). С. 16–18.

15. Молокоедова Т. А., Лысенко А. В. Изотермы процесса сорбции при обезжелезивании воды техногенными отходами // Производственные системы будущего: опыт внедрения Lean и экологических решений: материалы Международной научно-практической конференции / под ред. Т. В. Галаниной, М. И. Баумгартэна; Кузбасский гоc. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева. Кемерово, 2022. С. 518.1–518.4.

16. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. М.: Глобус, 2002. 328 с.

17. Мальцева В. С., Бурыкина О. В., Сазонова А. В. Кинетика сорбции кислотных красителей из водных растворов карбонатными породами и отходами кожевенного производства // Безопасность жизнедеятельности. 2014. № 6 (162). С. 16–22.

18. Сазонова А. В., Афанасьева М. М. Использование отходов кожевенного производства для очистки сточных вод текстильных предприятий // Актуальные проблемы экологии и охраны труда: сборник статей VII Международной научно-практической конференции / отв. ред. Л. В. Шульга; Юго-Западный гос. ун-т. Курск, 2015. С. 181–185.

19. Лысенко А. В., Фатьянова Е. А. Адсорбция катионных красителей отходами кожевенного производства из бинарных систем // Инновационные подходы в науке и образовании: теория, методология, практика: монография. Пенза: Наука и просвещение, 2017. С. 223–231.

20. Мальцева В. С., Бурыкина О.В., Сазонова А.В. Кинетика сорбции из водных растворов карбонатными породами и отходами кожевенного производства // Химическая технология. 2012. № 7. С. 20.

21. Лысенко А. В., Фатьянова Е. А. Определение обменной емкости кожевенной стружки при адсорбции катионных красителей в динамических условиях // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2 (23). С. 153–161.

22. Петров Е. Г. Сорбционные характеристики процесса обесцвечивания природных вод алюмосиликатными адсорбентами различной модификации // Химия и технология воды. 1989. Т. 11, № 8. С. 761–762.

23. Сазонова А. В., Ниязи Ф. Ф., Мальцева В. С. Термодинамика и кинетика сорбции ионов хрома (III) карбонатными породами // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 1. С. 275.

24. Макурина Ю. Д., Лысенко А. В. Изотермы адсорбции метиленового голубого гидролизным лигнином при различных температурах // Молодежь и XXI век – 2017: материалы VII Международной молодежной научной конференции: в 4 т. / отв. ред. А. А. Горохов. Курск: Университетская книга, 2017.Т. 3. С. 413–419.

25. Сазонова А. В. Термодинамика и кинетика сорбции поллютантов сточных вод нетрадиционными материалами: дис. … канд. хим. наук. Курск, 2013. 148 с.

26. Li N., Bau R. Copper adsorption on chitosan-cellulose hydrogen beads: behavior sandmechanesms // Separ. Purific. Technol. 2005. Vol. 42, no. 3. Р. 237–247.

27. Adsorption equilibrium model in gand solution chemistry dependence of fluorideremoval from water by trivalent-cation-exchenger zeolite F-9 / M. S. Onyango, Yoshihiro Kojima, Aoyi Ochieng, E. C. Bernardo, Hitoki Matsuda // J. ColloidInterf. Sci. 2004. Vol. 279, no. 2. Р. 341– 350.

28. Redlich O., Peterson D. L. Auseful adsorption isotherm // J. Phys. Chem. 1959. Vol. 63. Р. 1024.