Очищення вод від іонів Cd²⁺ композиційним сорбентом на основі перлітового порошку

Однією з найважливіших задач захисту водного басейну від забруднення неорганічними токсикантами є очищення вод від іонів важких металів, наприклад кадмію.

Джерелами надходження іонів кадмію у поверхневі та підземні води є процеси вилуговування із поліметалічних руд та забруднення, спричинене потраплянням недостатньо очищених стічних вод рудозбагачувальних фабрик, гальванічних цехів, виробництв пергаментного паперу, мінеральних фарб, штучного волокна, металокераміки.

Кадмій – один із найбільш токсичних забруднювачів природного середовища, має чітко визначену тенденцію до накопичення в організмі людини, зокрема в нирках і печінці. У зв’язку з цим ГДК кадмію у об’єктах господарсько-питного водокористування складає 0,001 мг/л.

Для видалення іонів важких металів з природних вод застосують хімічне осадження, мембранну фільтрацію, іонний обмін, сорбцію з використанням як природних, так і синтетичних матеріалів. Саме з використанням сорбційних методів можна досягти ступенів очищення вод на рівні ГДК і нижче.

Перспективними для видалення іонів важких металів із вод є сорбційні матеріали, які містять нанорозмірне нульвалентне залізо (n-ZVI). Однією з переваг його застосування у водоочисних технологіях є висока питома поверхня та здатність видаляти іони важких металів з водних розчинів за рахунок складного сорбційно-відновного механізму. Складність використання n-ZVI в сорбційних процесах полягає в схильності останнього до агрегації частинок та низька стійкість до окислення. Для вирішення цієї проблеми запропоновано нанесення нанорозмірного заліза на тверду матрицю (смоли, полімери, різноманітні неорганічні матеріали), що зменшує схильність частинок до агрегації та підвищує стійкість до окислення.

Перспективним носієм для іммобілізації n-ZVI є термічно і механічно оброблений перлітовий порошок (перліт), який представляє собою поруватий матеріал з високою питомою поверхнею.

Метою даної роботи було одержання реакційноздатного сорбційного композиційного матеріалу на основі перлітового порошку та вивчення його сорбційної здатності по відношенню до іонів кадмію.

Для отримання сорбенту готували водну суспензію перліту, вносили в неї певний об’єм розчину хлориду заліза(III) та проводили відновлення іонів Fe³⁺ до Fe⁰ борогідридом натрію у кислому середовищі. Масове співвідношення заліза до перлітового порошку становило 0,1:1.

Для визначення оптимальних умов вилучення іонів Cd²⁺ із модельних розчинів синтезованим матеріалом було вивчено вплив рН на величину сорбції та часу контакту твердої та рідкої фаз для встановлення сорбційної рівноваги в системі. Встановлено, що ступінь вилучення кадмію  не залежить від величини рН в широкому діапазоні, а стан рівноваги досягається за 30 хвилин. Для визначення сорбційної здатності одержаного матеріалу щодо іонів кадмію було побудовано ізотерми сорбції при рН = 7. Одержані результати вказують на те, що отриманий сорбент проявляє високу сорбційну здатність до іонів кадмію. Так, максимальна величина сорбції досягає 8 мг/г, що значно перевищує таку для перлітового порошку, яка складає 0,2 мг/г.

Таким чином, композиційний матеріал на основі перлітового порошку з нанесеним шаром нанорозмірного нульвалентного заліза проявляє високу сорбційну здатність до іонів кадмію в широкому діапазоні вихідних концентрацій, а використання перліту в якості неорганічного носія підвищує стійкість одержаного сорбенту до окислення.