Исследование сорбционных свойств болотных руд для извлечения ионов марганца и железа из подземных вод

257

Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. Вып. 2

УДК 628.161.2:54.414

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ БОЛОТНЫХ РУД

ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИОНОВ МАРГАНЦА И ЖЕЛЕЗА ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Вологодский государственный университет, Вологда

Е-mail: fomenko1212@indox.ru

Поступила в Редакцию 28 августа 2018 г.

После доработки 23 ноября 2018 г.

Принята к публикации 29 ноября 2018 г.

Представлены результаты исследований сорбционных свойств железомарганцевых болотных руд

с целью оценки возможности использования их для очистки природной питьевой воды из подземных

источников от ионов марганца и железа. Изучены кинетические зависимости процесса сорбции,

определены сорбционные характеристики болотных руд по отношению к ионам марганца и железа.

Установлено, что исследованный природный материал является эффективным сорбентом для извле-

чения ионов марганца и железа из подземных вод без применения дополнительных реагентов.

Ключевые слова: адсорбция, природные сорбенты, изотермы сорбции, количественные характери-

стики процесса адсорбции.

DOI: 10.1134/S004446181902018X

Поиск новых материалов фильтрующей загрузки

бляемыми в настоящее время, природные сорбенты

для удаления ионов марганца и железа из подземных

обладают рядом ценных особенностей. Природные

вод в значительной степени обусловлен повышен-

сорбенты безвредны, позволяют получить воду гаран-

ным содержанием этих примесей в используемых

тированного качества по содержанию ионов марганца

для питьевых целей природных водах. Для удале-

и железа в одну ступень водоподготовки, производ-

ния ионов марганца и железа из подземных вод ис-

ство их экологически безопасно и требует меньших

пользуют аэрацию, дегазацию, фильтрование через

материальных затрат.

инертную загрузку [1, 2] или загрузку, предваритель-

В литературе приведены результаты исследований

но обработанную реагентами, в качестве которых

по изучению сорбционных свойств по отношению к

в основном используются водные растворы солей

ионам марганца и железа низкосортных марганцевых

двухвалентного железа и двухвалентного марганца

руд [9, 10] и их использованию в качестве материала

[3, 4] или смеси оксидов марганца [5], водным рас-

фильтровально-сорбционной загрузки при водопод-

твором, содержащим ионы двухвалентного железа

готовке. Показано, что марганцевые руды обладают

[6], и др. Реагентный метод подготовки фильтрующей

каталитическими свойствами реакции окисления

загрузки является самым распространенным в прак-

ионов марганца двухвалентного до четырехвалент-

тике водоподготовки подземных вод для питьевых

ного и ионов железа двухвалентного до трехвалент-

целей. Реализация таких методов требует значитель-

ного. Образующиеся малорастворимые соединения

ных расходов химических реагентов, большой про-

удерживаются поверхностью сорбента-катализатора.

должительности и трудоемкости при изготовлении

Установлено, что при фильтровании марганецсодер-

материала фильтровально-сорбционной загрузки,

жащей воды через загрузку на поверхности зерен

сложного аппаратурного оформления, необходимости

марганцевой руды образуется слой из отрицательно

регенерации фильтрующего материала, что приводит

заряженного осадка оксигидрата марганца Mn(ОН)₄,

к удорожанию способа очистки воды.

который адсорбирует Mn²⁺. Гидролизуясь, эти ио-

Известны работы [7, 8], показывающие, что по

ны вступают в реакцию с осадком, образуя Mn₂О₃,

сравнению с синтетическими сорбентами, потре-

хорошо окисляемый до оксигидрата марганца(IV),

258

Фоменко А. И., Соколов Л. И.

действующего в процессе окисления в качестве ка-

несситы (Na,Ca,K,Ba,Li)_x(Mn⁴⁺,Mn³⁺)₂O₄∙1.5H₂O,

тализатора:

асболаны (Co,Ni)_xMn⁴⁺O₄∙nH₂O, тодорокит

(K,Ca,Mn²⁺)(Mn⁴⁺,Mn²⁺,Mg)₆O₁₂∙3H₂O, вер-

Mn(ОН)₄ + Mn(ОН)₂ → Mn₂О₃ + 3Н₂О,

надиты (Mn⁴⁺,Fe³⁺,Ca,Na)O₂∙nH₂O, бузерит

2Mn₂О₃ +О₂ + 8Н₂О → 4Mn(ОН)₄↓.

Na_0.31+(Mn_0.694+,Mn_0.313+)O₂∙0.4H₂O. Минеральные

Показано, что соединения марганца и других ме-

фазы железа представлены гидроксидами же-

таллов, содержащихся в природном минерале, в очи-

леза — гетитом α-FeO(OH), лепидокрокитом

щаемую воду не выделяются. Основным преимуще-

δ-FeO(OH), γ-FeO(OH), акаганеитом β-FeO(OH),

ством использования марганцевых руд для очистки

гематитом α-Fe₂O₃, гидратом железа 5Fe₂O₃·9Н₂О.

подземных вод перед искусственно полученными

Породообразующие минералы в исследованных

фильтрующими материалами является отсутствие

образцах представлены в основном кварцем, гли-

необходимости химического возобновления поверх-

нистыми минералами. Особенностью железомар-

ности загрузки в процессе эксплуатации, достаточно

ганцевых болотных руд является значительное

отмывки водой. Однако месторождения таких руд

содержание марганца и железа. Химический со-

встречаются только в определенных регионах, что

став исследованных образцов болотной руды

ограничивает их широкое применение для целей водо-

определяется следующим содержанием (мас%):

подготовки питьевой воды из подземных источников.

54.88-60.69 Mn, 26.27-33.0 Fe, 4.62-5.0 Si, 2.58-

В работе [11] в качестве сорбента для очистки во-

3.02 Ca, 0.90-0.89 Mg, 1.69-1.79 Al, 0.03-0.60

ды от ионов железа исследованы железомарганцевые

Na, 1.01-1.02 K, 0.31-0.46 Ba, 0.26-0.29 P [12].

конкреции Финского залива. Показано, что исследо-

Задача наших исследований состояла в изучении

ванные конкреции характеризуются более высокими

сорбционных характеристик природного материа-

значениями динамической емкости, чем импортные

ла в его естественном состоянии, что имеет важное

пиролюзитсодержащие сорбенты, действие которых

значение при использовании его как фильтрующей

основано на реакции окисления Fe(II) до Fe(III) с

загрузки для обезжелезивания и деманганации под-

образованием малорастворимого осадка гидроксида

земных вод в системах водоподготовки для малочис-

железа(III):

ленных населенных пунктов на территориях забо-

лоченных регионов. Для проведения исследований

MnO₂ + 2Fe²⁺ + 5H₂O → MnO + 2Fe(OH)₃↓ + 4H⁺.

использовались образцы железомарганцевых болот-

Возможность широкого применения океанских

ных руд в воздушно-сухом состоянии. Данная руда

железомарганцевых конкреций также ограничена их

темно-коричневого цвета, имеет рыхлую механиче-

малой доступностью для многих регионов.

скую структуру и легко измельчается в фарфоровой

Целью данной работы являлось исследование

ступке. Для исследований исходную железомарган-

сорбционных характеристик болотных руд для их

цевую болотную руду измельчали до размера есте-

использования в качестве сорбционной загрузки для

ственных гранул, рудную составляющую отделяли от

очистки от ионов марганца и железа питьевой воды

песчано-глинистой составляющей ситовым методом.

из подземных источников в системах водоподготовки

Подготовленные таким образом пробы болотной руды

небольшой производительности, что характерно для

рассматривались как исходные. Измельченная и под-

малочисленных населенных пунктов, а также в систе-

готовленная путем сухого рассева по классам круп-

мах нецентрализованного водоснабжения.

ности проба хранилась при комнатной температуре

Выбор природного материала обусловлен его

в стеклянной посуде с плотной крышкой и являлась

доступностью на территориях многих заболочен-

материалом для взятия аналитической пробы, пред-

ных регионов. Количественная оценка сорбционной

назначенной для лабораторных исследований.

способности болотных руд проведена на примере

Для сорбции ионов марганца и железа использова-

железомарганцевых болотных руд месторождений

ли рудную составляющую, представленную смесью

Вологодской области.

фракций класса крупности 0.16-1.25 мм. Сорбцию

Железомарганцевые болотные руды, пока-

ионов марганца и железа болотной рудой изучали в

затели основных адсорбционных свойств ко-

статическом режиме при температуре 25°С с исполь-

торых были исследованы в данной работе,

зованием модельных растворов, приготовленных на

являются полиминеральным природным образова-

дистиллированной воде, и природных подземных вод

нием с преобладающим содержанием рудных Mn-

при соотношении твердой (т) и жидкой (ж) фаз 1:100.

и Fe-минералов сорбционного типа. Основными

Модельные растворы определяемых ионов готовили

минеральными фазами марганца являются бер-

по навескам соли сульфата марганца MnSO₄ и желе-

Исследование сорбционных свойств болотных руд для извлечения ионов марганца и железа из подземных вод

259

зоаммонийных квасцов Fe₂(SO₄)₃∙(NH₄)₂SO₄∙24H₂O

леза общего обобщены построением графической

с повышенными относительно реальной природной

зависимости концентрации остаточного содержания

воды из подземных источников концентрациями ио-

определяемых ионов в растворе от продолжительно-

нов марганца и железа. Эффективность сорбции в

сти контакта раствора с сорбентом τ в координатах

каждом конкретном случае оценивали путем сравне-

с_τ = f(τ) (рис. 1).

ния значения исходной концентрации определяемых

Как видно из представленных кинетических кри-

ионов в растворе с остаточной концентрацией после

вых, характер сорбционной активности определяе-

контакта раствора с сорбентом. Контроль содержания

мых ионов идентичен, максимальные скорости извле-

ионов марганца и железа в исходных и равновесных

чения ионов марганца и железа общего из раствора

растворах осуществляли фотометрическим методом

отмечаются на начальных стадиях сорбции в интер-

на фотоколориметре КФК-2МП по методикам [13].

вале первых минут контакта раствора с сорбентом.

Исследование сорбции ионов железа проводили ме-

Степень извлечения ионов марганца в течение пер-

тодом, основанным на взаимодействии ионов Fe³⁺ с

вых 5 мин контакта раствора с сорбентом достигала

роданидом аммония, при длине волны λ = 540 нм с

76.1%, а через 30 мин составила 86.3%, достигая в

использованием кюветы с толщиной поглощающего

течение 90 мин 91.5%. Степень извлечения ионов же-

свет слоя 30 мм. Адсорбционную активность болот-

леза общего в данном диапазоне продолжительности

ных руд по катионам марганца определяли методом,

сорбции составила 90.8, 96.4 и 98.4% соответственно.

основанным на взаимодействии ионов марганца с

персульфатом аммония в кислой среде, при длине

волны λ = 540 нм с использованием кюветы с тол-

щиной поглощающего свет слоя 50 мм. Пределы до-

пускаемой погрешности при измерении ±0.5%. Все

реактивы использовали марки х.ч. В процессе иссле-

дований рН раствора не корректировали. Измерения

рН растворов проводили с использованием иономера

И-130М, погрешность метода ±0.05%. Во всех экс-

периментах каждое значение определяемой величины

сорбции является средним арифметическим из ре-

зультата трех измерений. Погрешность эксперимента

не превышала 10%.

Для изучения кинетики процесса в конические

колбы емкостью 250 мл помещали пробы образца

сорбента массой 1 г, добавляли 100 мл модельного

водного раствора с фиксированной концентрацией

определяемых ионов марганца (1 мг·л^-1) и железа об-

щего (2 мг·л^-1), перемешивали на магнитной мешал-

ке в течение 1-2 мин. Продолжительность контакта

раствора с сорбентом составляла 5-90 мин, через

каждые 5 мин отбирали пробы очищаемого раство-

ра для анализа. Степень извлечения определяемых

ионов из раствора α (%), рассчитывали по разности

концентраций начальной с₀ и остаточной в каждый

данный момент времени с_τ по формуле

∙

где с₀ — начальная концентрация определяемых

Рис. 1. Кинетическая кривая сорбции определяемых

ионов в растворе (мг·л^-1), с_τ — остаточная концен-

ионов марганца (а) и железа общего (б) из раствора

трация определяемых ионов в растворе в момент

железомарганцевой болотной рудой.

времени τ (мг·л^-1).

с_τ — остаточное содержание определяемых ионов в рас-

Результаты экспериментального изучения кине-

творе, τ — продолжительность контакта раствора с сор-

тики сорбции болотной рудой ионов марганца и же-

бентом.

260

Фоменко А. И., Соколов Л. И.

Адсорбционную активность железомарганцевых

трации 10^-4-10^-1 моль·л^-1 по стандартной методике

болотных руд по извлечению ионов марганца и же-

[16]. Содержание в фильтрате очищаемого раствора

леза общего из природной подземной воды изучали

ионов кальция и магния и общую жесткость опре-

в аналогичных условиях эксперимента. Степень из-

деляли титриметрическим методом, основанным на

влечения определяемых ионов при времени контакта

титровании пробы воды 0.1 моль·л^-1 раствором ди-

воды с сорбентом в течение 90 мин в анализируемых

натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты,

пробах в интервале концентраций ионов двухвалент-

по утвержденным стандартным методикам [17, 18].

ного марганца 0.356-1.920 мг·л^-1 и ионов железа

В данных условиях эксперимента заметного перехо-

общего 0.410-1.926 мг·л^-1 составила (%): ионов

да ионов Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ в раствор не отмечено.

марганца — 94.5-96.2, ионов железа — 97.7-98.8.

Значения величины содержания ионов натрия и калия

Остаточная концентрация определялась в интервале

в пробе воды, взятой для анализа, ниже предела обна-

концентраций ионов марганца 0.020-0.086 мг·л^-1,

ружения. При определении жесткости и содержания

ионов железа 0.007-0.035 мг·л^-1, что не превыша-

ионов кальция в исследованных пробах воды переход

ет установленные нормативы показателей качества

окраски раствора наблюдался до начала титрования.

питьевой воды по содержанию ионов железа и мар-

По полученным данным сделан вывод, что механизм

ганца (ПДК_Fe = 0.3, ПДК_Mn = 0.1 мг·л^-1).

по ионно-обменному типу не является определяю-

Изучение адсорбционной активности железомар-

щим, как это характерно для океанских (морских)

ганцевых болотных руд включало исследование воз-

железомарганцевых конкреций.

можного механизма процесса. Известно [14], что

Отличительной особенностью железомарганцевых

океанские железомарганцевые конкреции являются

болотных руд является содержание в их естественном

природным катионитом с ионообменной функцией.

состоянии соединений марганца разной валентности,

Обменный комплекс океанских железомарганцевых

что позволяет предположить механизм извлечения

конкреций состоит из главных катионов океанской

ионов марганца и железа из очищаемых подземных

и морской воды (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺) и второ-

вод преимущественно по сорбционно-каталитиче-

степенных катионов металлов (Ni²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Pb²⁺

скому типу, описываемому уравнениями согласно

и др.). Известно, что состав обменного комплекса

данным работ [9, 10] при использовании марганцевых

осадочных пород определяется катионным составом

руд в качестве материала фильтровально-сорбцион-

вод бассейна седиментации [15]. По этому признаку

ной загрузки при водоподготовке.

выделяют два основных типа обменных комплексов

Анализ кинетических кривых (рис. 1) показал,

— морской и континентальный, в первом из которых

что зависимость сорбции от времени контакта фаз

преобладают катионы Na⁺ и K⁺, во втором — катионы

нелинейная, отражающая наряду с каталитическим

Ca²⁺ и Mg²⁺. Обменные реакции являются стехиоме-

процессом окисления характер сорбционного взаимо-

трическими. Мерой емкости обмена принято считать

действия адсорбата и адсорбента по механизму фи-

количество ионов, поглощенных 100 г на сухую массу

зической адсорбции, обусловленной наличием таких

вещества и способных к обмену. Для определения

активных центров, как поверхностные гидроксидные

емкости обмена минералов в конические колбы ем-

группы, что согласуется с результатами работ [9, 10].

костью 500 мл помещали навеску воздушно-сухого

Опыты, необходимые для построения изотерм

образца сорбента массой 5 г, добавляли 200 мл мо-

сорбции, проводили, помещая в модельные водные

дельного водного раствора с фиксированной концен-

растворы одинакового объема (100 мл) с разными

трацией определяемых ионов марганца (1 мг·л^-1) и

исходными концентрациями определяемых ионов

железа общего (2 мг·л^-1), перемешивали на магнит-

навески сорбента одинаковой массы (1 г). Изучение

ной мешалке в течение 1-2 мин. Продолжительность

равновесия сорбции определяемого иона из раство-

контакта раствора с сорбентом составляла 90 мин,

ров проводили в интервале концентраций ионов мар-

сорбент отделяли от раствора фильтрованием через

ганца 0.1-4 мг·л^-1, ионов железа общего в интервале

бумажный фильтр «синяя лента». В фильтрате опре-

1-4 мг·л^-1. Растворы перемешивали с использовани-

деляли остаточную концентрацию определяемых

ем магнитной мешалки в течение 3 мин. После кон-

ионов марганца и железа общего и концентрацию

такта растворов определяемых ионов с исследуемым

ионов обменного комплекса (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺).

сорбентом значение рН раствора устанавливалось

Аналитический контроль состава очищаемых вод-

в интервале 7.6-7.8. Время сорбции, необходимое

ных растворов по содержанию ионов натрия и калия

для установления сорбционного равновесия между

проводили потенциометрическим методом с исполь-

сорбентом и определяемыми ионами, выдерживали

зованием натрий-селективного и калий-селективного

в течение 90 мин. По истечении заданного време-

электродов с рабочим интервалом измерений концен-

ни сорбции сорбент отделяли от раствора фильтро-

Исследование сорбционных свойств болотных руд для извлечения ионов марганца и железа из подземных вод

261

ванием через бумажный фильтр «синяя лента», в

фильтрате определяли остаточную (равновесную)

концентрацию определяемых ионов. Величину ад-

сорбции ионов марганца и железа общего с разной

исходной концентрацией на исследуемом сорбенте

в условиях установившегося равновесия в системе

рассчитывали с использованием экспериментальных

данных по формуле

где с_равн — равновесная концентрация определяемых

ионов в растворе (мкмоль·л^-1), V — объем исследуе-

мого раствора (л), m_{сорбента} — масса навески сорбента

(г), А — сорбционная емкость сорбента (мкмоль·г^-1).

Изотермы сорбции, построенные в координатах

А = f(с_равн) методом переменных концентраций опре-

деляемого иона, представлены на рис. 2. При по-

строении изотерм сорбции в координатах уравнения

А = f(с_равн) (рис. 2) отклонения от линейности весьма

заметны, особенно на начальном интервале исполь-

зованного диапазона равновесных концентраций

определяемых ионов.

Для аналитического описания изотерм сорбции

использовали уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра

[19]. Их математическая обработка позволяет полу-

чить количественные характеристики сорбционного

процесса. В исследованном интервале концентра-

ций определяемых ионов зависимость сорбционной

емкости сорбента от равновесной концентрации ад-

Рис. 2. Изотерма сорбции определяемых ионов марганца

сорбтива хорошо описывается эмпирическим уравне-

(а) и железа общего (б) из раствора железомарганцевой

нием изотермы адсорбции Фрейндлиха

болотной рудой.

А = Kс1/n,

А — сорбционная емкость, с_равн — равновесная концентра-

где K — величина адсорбции при равновесной

ция определяемых ионов в растворе после сорбции.

концентрации адсорбтива, равной 1 моль·л^-1; с —

Точки — экспериментальные данные, линия — расчет по

равновесная концентрация адсорбтива (моль·л^-1);

модели в программе МS Excell.

1/n — характеризует степень приближения изотермы

к прямой.

где у_i — значения величины сорбционной емко-

Для нахождения констант уравнения Фрейндлиха

сти, вычисленные по экспериментальным данным

строили график зависимости А = f(с_равн). Полученные

(мкмоль·г^-1); ŷ_i — значения величины сорбционной

значения констант уравнения Фрейндлиха K и 1/n

емкости, рассчитанные по модели (мкмоль·г^-1); i —

равны для ионов марганца 1.5464 и 0.5313, ионов

номер опыта; n — число опытов.

железа общего 2.8121 и 0.4422 с высокими коэффи-

Для ионов марганца средняя относительная погреш-

циентами корреляции R² (R² = 0.8684 и R² = 0.8819

ность составила 8.5%, ионов железа общего — 4.3%.

соответственно). Расчетные значения сорбционной

Предел адсорбции и константу сорбционного рав-

емкости, полученные с использованием модели, со-

новесия рассчитывали по линейной форме уравнения

гласуются с экспериментальными данными в преде-

изотермы Ленгмюра:

лах допустимого уровня (до 10%). Среднюю отно-

сительную погрешность (%) вычисляли по формуле

где А_пр — предельная сорбционная емкость

(мкмоль·г^-1), k — константа сорбционного равновесия.

262

Фоменко А. И., Соколов Л. И.

Значения А

и k определены при графическом

пр

построении зависимости в координатах (с_равн/А) =

= f(с_равн) с использованием уравнения прямой (рис. 3).

Рассчитанные значения предельной сорбции опре-

деляемых ионов марганца и железа общего из рас-

твора железомарганцевой болотной рудой одного

порядка. Предельная сорбционная емкость болотной

руды А_пр в условиях эксперимента по отношению к

ионам марганца составила 0.403 мг·г^-1, железа обще-

го — 0.409 мг·г^-1. Значения величины эффективной

константы сорбционного равновесия равны 380.23 и

695.41 соответственно. Каждая изотерма сорбции ха-

рактеризуется высоким коэффициентом корреляции

R²: R² = 0.9741 (а), R² = 0.9963 (б).

Наряду с экспериментальным определением изо-

терм сорбции были проведены испытания на реге-

нерацию отмывкой водой от накопившегося осадка

малорастворимых соединений. В коническую колбу

емкостью 250 мл помещали навеску воздушно-сухого

испытуемого сорбента массой 5 г и 100 мл дистил-

лированной воды. Содержимое колбы перемешива-

ли с использованием магнитной мешалки в течение

30 мин. По истечении заданного времени сорбент

отделяли от раствора фильтрованием через бумажный

фильтр «синяя лента», высушивали в течение 24 ч

при температуре 25°С до воздушно-сухого состояния.

Анализ эффективности сорбции повторно исполь-

зуемым материалом в отношении ионов марганца и

железа общего из водных растворов изучали в анало-

Рис. 3. Изотерма сорбции определяемых ионов марганца

гичных условиях эксперимента. Заметного изменения

(а) и железа общего (б) из раствора железомарганцевой

сорбционных свойств не отмечено. Степень извлече-

болотной рудой, линеаризованная в координатах урав-

ния определяемых ионов при времени контакта воды

нения Ленгмюра.

с сорбентом в течение 90 мин в анализируемых про-

бах модельного водного раствора с фиксированной

Точки — экспериментальные данные, линия — расчет

по модели в программе МS Excell.

концентрацией ионов марганца (1 мг·л^-1) составила

93.1%, ионов железа общего (2 мг·л^-1) — 96.5%.

проводили колориметрическим методом. Значения

Была определена удельная поверхность иссле-

оптической плотности отобранных аликвот исходного

дованных образцов природной железомарганцевой

раствора и раствора после прохождения адсорбции

болотной руды. Изучение удельной поверхности сор-

измеряли на фотоколориметре КФК-2МП при длине

бента проводили по сорбции метиленового голубого

волны λ = 670 нм с использованием кюветы с толщи-

из раствора. Для проведения адсорбции был приго-

ной поглощающего свет слоя 50 мм. Из полученных

товлен 0.1 ммоль·л^-1 раствор метиленового голубого

данных оптической плотности, а следовательно, и

в дистиллированной воде. В коническую колбу ем-

концентрации красителя до и после процесса сорбции

костью 250 мл с навеской сорбента массой 1 г была

была рассчитана величина удельной адсорбции А

добавлена аликвота раствора метиленового голубого

(моль красителя на 1 г сорбента). По величине удель-

объемом 50 мл. Содержимое колбы перемешивали и

ной адсорбции рассчитывали удельную поверхность

оставляли на 24 ч. По истечении заданного времени

сорбента S (м²·г^-1) по формуле

сорбент отделяли от раствора фильтрованием через

бумажный фильтр «синяя лента», в фильтрате опре-

S = AN_AW₀,

деляли остаточную (равновесную) концентрацию

где A — величина емкости сорбента относитель-

метиленового голубого. Определение адсорбционной

но метиленового голубого (моль·г^-1); N_A — чис-

емкости по отношению к метиленовому голубому

ло Авогадро, равное 6.02∙10²³; W₀ — посадочная

Исследование сорбционных свойств болотных руд для извлечения ионов марганца и железа из подземных вод

263

площадь молекулы метиленового голубого, равная

[2] Пат. РФ 2182890 (опубл. 2002). Способ глубокой

106∙10^-20 м² по данным [20].

очистки подземных вод.

Из полученных данных по величине адсорбции

[3] Пат. РФ 2091158 (опубл.1997). Способ получения

фильтрующего материала для удаления ионов мар-

при полном насыщении была рассчитана удельная

ганца из воды.

поверхность материала, которая составила на исход-

[4] Буравлев В. О., Комарова Л. Ф., Кондратюк Е. В.,

ных образцах руды 2.97 м²·г^-1. Величина удельной

Куртукова Л. В. // ЖПХ. 2014. Т. 87. № 6. С. 727-

поверхности исследованных образцов природной

732 [Buravlev V. O., Komarova L. E., Kondratyk E. V.,

железомарганцевой болотной руды свидетельствует

Kurtukova L. V. // Russ. J. Appl. Chem. 2014. V. 87.

о развитой поверхности, характерной для сорбентов.

N 6. P. 720-723].

[5] Пат. РФ 2263535 (опубл. 2005). Сорбент-катали-

Выводы

затор для очистки воды от марганца.

[6] Пат. РФ 2219994 (опубл. 2003). Способ изготов-

1. Совокупность полученных результатов позволяет

ления фильтрующего материала и фильтрующий

считать перспективным использование железомарган-

материал.

цевых болотных руд в процессах водоподготовки под-

[7] Самонин В. В., Чечевичкин А. В. //ЖПХ. 2013. Т. 86.

земных вод с повышенным содержанием ионов мар-

№ 11. С. 1724-1730 [Samonin V. V., Chechevich-

ганца и железа. Установлено, что железомарганцевые

kin A. V. // Russ. J. Appl. Chem. 2013. V. 86. N 11.

болотные руды, прошедшие стадию предварительной

P. 1676-1682].

очистки от песчано-глинистых породообразующих

[8] Калюкова Е. Н., Письменко В. Т., Иванская Н. Н. //

минералов, являются эффективным сорбентом для из-

Сорбцион. и хроматогр. процессы. 2010. Т. 10. № 2.

влечения ионов марганца и железа общего из подзем-

С. 194-200.

ных вод без применения дополнительных реагентов.

[9] Пушкарева Г. И., Скитер Н. А. // ФТПРПИ. 2002.

№ 6. С. 103-107.

2. Получены равновесные и кинетические харак-

[10] Бочкарев Г. Р., Пушкарева Г. И., Коваленко К. А. //

теристики сорбции ионов марганца и железа общего

ФТПРПИ. 2011. № 6. С. 118-123.

как основа для последующего моделирования про-

[11] Чиркст Д. Э., Черемисина О. В., Иванов М. В.,

цесса и расчета режима работы конкретной произ-

Чистяков А. А. // ЖПХ. 2005. Т. 78. № 4. С. 599-

водственной установки для обеспечения заданного

605 [Chirkst D. E., Chremisina O. V., Ivanov M. V.,

качества питьевой воды.

Chistyakov A. A. // Russ. J. Appl. Chem. 2005. V. 78.

3. Показано, что максимальное извлечение опре-

N 4. P. 592-598].

деляемых ионов устанавливается в течение первых

[12] Chuev A. A., Fedorchuk N. M., Petrova M. V. // J.

5 мин контакта воды с рудой, состояние, близкое к

Chem. Chem. Eng. 2012. N 6. Р. 1061-1068.

равновесному, достигается по истечении 1.5 ч.

[13] Унифицированные методы анализа: 2 изд., испр. /

4. Установлено, что степень извлечения из под-

Под ред. Ю. Ю. Лурье. М.: Химия, 1973. 376 с.

земных вод ионов марганца достигает более 90%,

[14] Новиков Г. В., Свальнов В. Н., Богданова О. Ю.,

Сивцов А. В. // Литология и полезные ископаемые.

ионов железа общего — более 98%. Предельная

2010. № 5. С. 461-476.

сорбционная емкость железомарганцевых болот-

[15] Попов В. Г., Абдрахманов Р. Ф. // Геоэкология, ин-

ных руд в их естественном состоянии по отноше-

женерная геология, гидрогеология, геокриология.

нию к ионам марганца и железа общего составила

1996. № 1. С. 85-97.

0.403 и 0.409 мг·г^-1 соответственно. Полученные

[16] Методика определения концентраций ионов с по-

значения предельной сорбции практически не

мощью ионселективных электродов «ЭКОМ». М.:

уступают известным образцам фильтрующих ма-

Эконикс, 1993. 74 с.

териалов на основе осадочных горных пород, по-

[17] ПНД Ф 14.1:2.95-97 (2004). М.: Гос. Комитет РФ

лученных обработкой основы раствором реагента.

по охране окружающей среды, 1997. 14 с.

Результаты исследования получены в рамках

[18] ПНД Ф 14.1:2.98-97 (2004). М.: Гос. Комитет РФ

выполнения государственного задания (Задание

по охране окружающей среды, 1997. 10 с.

№ 11.9503.2017/8.9).

[19] Парфит Г., Рочестер К. Адсорбция из растворов

на поверхностях твердых тел / Пер. с англ. М.:

Мир, 1986. 488 с.

Список литературы

[20] ГОСТ 13144-79. Графит. Методы определения

[1] Пат. РФ 2285669 (опубл. 2005). Способ очист-

удельной поверхности. М.: ИПК Изд-во стандар-

ки подземных вод от железа, марганца и солей

тов, 1999. 8 с.

жесткости.