Углеродные сорбенты на основе отходов деревообработки как фильтрующие материалы для сорбционного извлечения ионов металлов

Abstract

Очистка сточных вод от ионов металлов в соответствии с международными экологическими требованиями активно способствует спросу на расширение производства углеродных сорбентов из дешевых видов органического сырья с одновременным системным изучением их свойств и характеристик. Однако стоит учитывать, что основополагающим моментом при выборе фильтрующего материала для сорбционной очистки является эффективность и экономичность его эксплуатации. В работе представлено исследование возможности применения химически и термохимически модифицированных сосновых опилок (ДО) и скорлупы кедрового ореха (СКО) фракции 0,75–2,00 мм в качестве фильтрующих сорбционных материалов в циклах сорбция – десорбция при извлечении ионов металлов из водных сред. Отмечено, что наиболее эффективным методом модификации лигноцеллюлозосодержащего сырья является термохимическая обработка в результате последовательно проведенных стадий обжига в муфельной печи при температуре 300 ± 10 °С и окисления 5н HNO3 в течение 5 ч при температуре 80 ± 3 °С. Такая модификация нативных СКО и ДО способствует росту как содержания кислородсодержащих групп в составе получаемых углеродных сорбентов, так и величины их сорбционной емкости по отношению к ионам меди(II), цинка(II), никеля(II), кадмия(II). Выявлено, что термохимически обработанная СКО может использоваться как эффективный сорбционный материал для извлечения ионов меди(II) в статических условиях при однократном извлечении (А = 15,36 мг/г). Особенностью реализации трех циклов сорбция – десорбция с применением модифицированной СКО является увеличение эффективности извлечения меди раствором 5н H2SO4 с каждым новым этапом – от 52,63 до 83,33 %. Углеродные сорбенты на основе термохимически модифицированных ДО могут быть рекомендованы для сорбционного извлечения в динамических условиях ионов никеля(II) и кадмия(II) с эффективностью цикла сорбция – десорбция 5н H2SO4, достигающей 90,44 и 80,30 % соответственно.

Wastewater treatment from metal ions in compliance with international environmental requirements stimulates both growing demand for obtaining carbon sorbents based on cheap organic raw materials and the simultaneous systematic study of their properties and characteristics. Furthermore, when choosing a fi lter material for sorption treatment, fundamental factors to be considered are the effi ciency and economy of its operation. The article presents the results of a comparative study of potential for using chemically and thermochemically modifi ed pine sawdust (PS) and Siberian pine nut shells (SPNS), particle sizes in range 0,75–2,00 mm, as fi ltration media in sorption – desorption cycles when extracting metal ions from aqueous solutions. It has been noted that the most effective method for modifying lignocellulose-containing raw materials is thermochemical treatment comprised of successive stages of heating in a muffl e furnace at 300 ± 10 °C and oxidation with 5N HNO3 for 5 hours at 80 ± 3 °C. Such a modifi cation of initial PS and SPNS samples promotes an increase in both the content of oxygen-containing groups in the composition of the carbon sorbents obtained and the value of their sorption capacity with respect to copper(II), zinc(II), nickel(II), and cadmium(II) ions. It has been revealed that thermochemically treated SPNS has the great potential to be used as an effective sorption material for the extraction of copper(II) ions under static conditions with a single extraction (A = 15,36 mg/g). An important feature of the implementation of three sorption – desorption cycles using a modifi ed SPNS is the increase in the effi ciency of copper extraction with a 5N H2SO4 solution with each new cycles – from 52,63 to 83,33 %. Carbon sorbents based on thermochemically modifi ed PS can be recommended for sorption extraction of nickel(II) and cadmium(II) ions under dynamic conditions with the effi ciency of the 5N H2SO4 sorption-desorption cycle reaching 90,44 and 80,30 % respectively.