автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Процессы ионообменной адсорбции ионов двухвалентных металлов на природных адсорбентах

На правах рукописи

Дубкова Елена Андреевна

ПРОЦЕССЫ ИОНООБМЕННОЙ АДСОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПРИРОДНЫХ АДСОРБЕНТАХ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 ОКТ 2013

005536083

Иваново - 2013

005536083

Работа выполнена на кафедре машин и аппаратов химических производств федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» (ФГБОУ ВПО «ИГХГУ»),

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Натареев Сергей Валентинович

доктор технических наук, профессор

Еушуев Евгений Николаевич

доктор технических наук, доцент,

ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный

энергетический университет им. В.И. Ленина»,

заведующий кафедрой автоматизации

технологических процессов

Осадчий Юрий Павлович

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный политехнический университет», доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Ведущая

организация: ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный

технический университет», г. Тамбов

Защита диссертации состоится «25» ноября 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.05 при Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7, ауд. Г-205. Тел.: (4932) 32-54-33. E-mail: dissovet@isuct.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан октября 2013 г.

Ученый секретарь п

диссертационного совета уНЛ Д 212.063.05 / " Галина Альбертовна Зуева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции увеличения водопотребления природной воды и сброса промышленными предприятиями сточных вод, в том числе стоков, содержащих ионы тяжелых металлов, обусловлены ростом населения Земли, развитием промышленного производства и другими факторами. Загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, попадая в природные водоемы, приводят к изменениям химического состава воды и её качественных характеристик, которые в основном проявляются в появлении неприятного запаха, привкуса, неестественного цвета и др. Поэтому решение проблем по комплексному использованию природных ресурсов, позволяющих исключить загрязнение окружающей среды вредными промышленными выбросами, а также поиск эффективных экологически безопасных технологий очистки сточных вод являются одними из актуальных задач в области защиты водных ресурсов.

Одним из наиболее эффективных методов извлечения ионов тяжелых металлов из растворов и сточных вод является ионный обмен, который по сравнению с другими методами, например, реагентным методом, экстракцией, коагуляцией, позволяет извлекать вредные вещества до норм ПДК, возвращать очищенную воду обратно в производство и утилизировать ценные вещества, извлеченные из регенерационных растворов. Для проведения процессов ионного обмена применяются аппараты непрерывного и периодического действия. Несмотря на известные преимущества аппаратов непрерывного действия, на промышленных предприятиях в основном используются аппараты с неподвижным слоем ионита, которые просты в обслуживании, позволяют обрабатывать большие объемы воды с переменной во времени концентрацией сорбируемых компонентов.

При ионообменной обработке растворов все большее применение находят целлюлозосодержащие сорбенты, которые в отличие от синтетических ионитов являются дешевыми и простыми в получении. Для данных сорбентов разработаны экологически безопасные способы их утилизации, например, внесение отработанных сорбентов в почву, использование в производстве огнеупорных изделий, сжигание и другие.

Дальнейшее совершенствование ионообменных технологий не может осуществляться без внедрения на промышленных предприятиях новых ионообменных материалов, обладающих значительной обменной емкостью, высокой избирательностью, повышенной механической прочностью, хорошей химической стойкостью, и высокопроизводительного ионообменного оборудования, рассчитанного с применением методик, базирующихся на математическом моделировании с учетом реального механизма ионообмена, равновесных закономерностей процесса и гидродинамических особенностей движения подвижных фаз в аппарате, что, несомненно, является актуальной задачей в практическом и научном плане.

Цель работы. Исследование ионообменной адсорбции ионов двухвалентных металлов на целлюлозосодержащих и синтетическом

катионитах и разработка методики расчета горизонтального адсорбера с неподвижным слоем адсорбента, позволяющей определить основные габаритные размеры аппарата и рациональные режимные параметры его работы.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Исследовано равновесие, кинетика и динамика ионного обмена ЯСи2' -№ на целлюлозосодержащих адсорбентах;

2. Выявлены закономерности процессов ионообменной адсорбции ионов Си на модифицированных природных адсорбентах на основе топинамбура и льняного волокна в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем адсорбента;

3. Изучены процессы ионного обмена ЯСи2+ - 1Г и ЯН+ - Си2* на сульфокислотном катионите ЬелуаЛ 8-100 в горизонтальном адсорбере с неподвижным слоем адсорбента;

4. Разработаны математические модели и инженерный метод расчета ионообменной установки периодического действия для очистки растворов и сточных вод от ионов поливалентных металлов;

5. Даны рекомендации для использования результатов исследования в технологических процессах водоподготовки природной воды в производстве безалкогольных напитков.

Научная новизна работы:

1. Предложено математическое описание процесса ионообменной адсорбции на целлюлозосодержащем адсорбенте в горизонтальном аппарате, учитывающее нелинейность изотермы адсорбции, внутридиффузионное сопротивление, изменение скорости движения раствора в неподвижном слое адсорбента и позволяющее определить закономерности динамики ионного обмена;

2. Разработаны математические модели ионообменной адсорбции и десорбции ионов двухвалентных металлов на синтетическом катионите в горизонтальном аппарате, позволяющие рассчитать распределение целевого компонента в неподвижном слое адсорбента в любой момент времени;

3. В результате исследования ионного обмена ЯСа" - Ма* на модифицированных топинамбуре и льне установлено, что равновесие ионообменной адсорбции удовлетворительно описывается уравнением изотермы Ленгмюра;

4. Впервые рассчитаны коэффициенты взаимодиффузии ионов меди на топинамбуре и льне, значения которых зависят от концентрации исходного раствора и степени отработки адсорбента;

5. Получены выходные кривые процессов ионообменной адсорбции ионов меди в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем природных адсорбентов и рассчитаны значения полной и рабочей динамической обменной емкости топинамбура и льняного волокна.

Практическая ценность работы:

1. Методом газовой хроматографии по адсорбции азота определены удельные поверхности, средний диаметр пор, общий объем пор и распределение пор по размерам модифицированных адсорбентов на основе топинамбура и льняного волокна;

2. Для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод рекомендованы целлюлозосодержащие сорбенты на основе топинамбура и льняного волокна;

3. Разработана методика расчета процесса ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем целлюлозосодержащего адсорбента, позволяющая определить основные размеры аппарата, время защитного действия слоя адсорбента в зависимости от концентрации и расхода очищаемого раствора;

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке и проектировании ионообменной установки периодического действия для очистки природной воды в производстве безалкогольных напитков.

На защиту выносятся:

1. Математические модели процесса ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем целлюлозосодержащего и синтетического катионита;

2. Результаты экспериментальных исследований равновесия, кинетики и динамики процессов ионообменной адсорбции ионов Си2+ на природных целлюлозосодержащих адсорбентах, полученных на основе топинамбура и льна;

3. Результаты экспериментального исследования процессов И.Си2+ - 1Г и ЯН - Си2+ в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем катионита Ье\л'аЙ Б-ЮО;

4. Результаты численного эксперимента по моделированию процесса ионного обмена в горизонтальном ионообменном аппарате.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: региональной студенческой научной конференции «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2011, 2013 гг.); международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011 г.); международной научно-технической интернет-конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах (ЭПАХПП-2011)» (Воронеж, 2011 г.); всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Кемерово, 2011 г.); международной молодежной конференции «Нано- и супермолекулярная химия в сорбционных и ионообменных процессах» (Казань, 2011 г.); международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой

5

промышленности (Прогресс - 2012)» (Иваново, 2012 г.); XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-25» (Волгоград, 2012 г.); «Czasopismo techniczne (Technical transactions)» (Krakow, 2012 г.); всероссийской научной конференции «Молодые исследователи - регионам» (Вологда, 2012 г.); Ill Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Казань, 2012 г.); VII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)» (Иваново, 2012 г.); всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Казанские научные чтения студентов и аспирантов — 2012» (Казань, 2012 г.); всероссийской научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств» (Нижнекамск, 2013 г.).

По материалам исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, входящем в список ВАК, получен один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложений. Объем работы: 135 страниц основного текста, включая 40 рисунков и 25 таблиц. Список литературы включает 154 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена цель исследований, охарактеризована научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор научной литературы, посвященной экспериментальным и теоретическим исследованиям в области применения целлюлозосодержащих сорбентов для очистки водных растворов и сточных вод от ионов тяжелых металлов, описаны современные конструкции ионообменных аппаратов периодического и непрерывного действия и приведены существующие методики их расчета. На основании анализа литературы сформулированы основные цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена математическому моделированию процессов ионообменной адсорбции и десорбции в аппарате с неподвижным слоем природных и синтетического адсорбентов (рисунок 1).

Т А

О Дых

Рисунок 1. Схема работы горизонтального адсорбера: 1 - корпус аппарата, 2 - распределительное устройство, 3 - распределительная решетка, 4 - сетка; 5 - дренажное устройство.

Аппарат был изготовлен из полипропилена и имел цилиндрический корпус 1. В верхней части аппарата находились распределительное устройство 2 и распределительная решетка 3 для равномерного распределения исходного раствора по поперечному сечению аппарата. Неподвижный слой ионита находился внутри аппарата между сеткой 4, расположенной на высоте диаметра аппарата, и дренажным устройством 5, помещенным в нижней части аппарата. Ионообменная обработка раствора осуществлялась при прохождении раствора сверху вниз через неподвижный слой адсорбента. Отработанный раствор удалялся в нижней части аппарата.

При разработке математической модели ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем адсорбента использовали следующие допущения: равновесие в системе природный адсорбент - раствор описывается уравнением изотермы Ленгмюра; скорость процесса ионного обмена лимитируется внутренней диффузией; структура потока жидкой фазы через слой адсорбента описывается моделью идеального вытеснения. Примем, что направление движения раствора совпадает с направлением координаты Ох.

С учетом принятых допущений математическое описание процесса ионного обмена в горизонтальном аппарате включает следующие уравнения: - уравнение материального баланса ионного обмена:

5С(х,т) ч дССр(х, т) увх11 дС(х,т)

* л^Т^ Зх

= 0, 0 < х < Нсл; (1)

е

- уравнение диффузии:

ас(г,т) = ас2(г,х) , АЭС(г,т)

= V ' +--^

дх 01-2 г дг

+

, 0<г<гО;

(2)

- начальные и граничные условия:

С1т=0=0'

Чх=0 ~ Свх '

с1т=0 ~ Сср|т=0 -

= а

о:

ЬС

"=■0 "1 + ЬС'

ас

Эг

= 0;

(3)

(4)

(5)

(6) (7)

г=0

- уравнение для определения средней концентрации сорбируемого вещества в частице адсорбента:

Сср(х,т)=^1Г}гАС(г,т,х)с1г!

(8)

Г0 0

где для бесконечного цилиндра А = 1, для шара А = 2.

В работе также приведена математическая модель процесса десорбции ионов тяжелых металлов из катионита Ье\уа1к Б-100 в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем адсорбента, которая отличается от математической модели процесса адсорбции тем, что уравнение материального баланса записано с учетом продольной диффузии жидкой фазы:

оС(х,т) „ 9Сср(х,т)

е—^—- + (1 - е)-г-+

дх

дх

ас(х,т)

и дополнено начальными условиями (3) и

Эх

Э С(х,т) Эх2 '

Чт=0 - Сср|т=0 -Сср.0>

а также граничными условиями:

х = 0

ас ах

= 0.

(9)

(10) (11) (12)

х=Нс

Вместо уравнения изотермы адсорбции (6) используется линейное уравнение изотермы Генри:

С| = ЕС. (13)

1г=г0

Решение поставленных задач было выполнено на ЭВМ методом конечных разностей.

В третьей главе приведены физико-химические характеристики модифицированных природных и синтетического адсорбентов, использованных в экспериментальных исследованиях. Методом газовой хроматографии по адсорбции азота на приборе Quantochrome NOVA 1200е определено, что удельная поверхность адсорбента на основе топинамбура достигает 29,25 м2/г, средний диаметр пор dcp составляет 2,03 нм. Для льняного волокна Буд = 15,9 м7г, dcp = 1,8 нм.

В результате исследования равновесия ионного обмена в ионообменных системах целлюлозосодержащий сорбент - водный раствор CuS04 были найдены изотермы адсорбции (рисунок 2), которые удовлетворительно описываются уравнением изотермы адсорбции Ленгмюра.

С'р-102, кг- экв. м3 Рисунок 2. Изотермы адсорбции ионов Си2+на природных сорбентах: 1 - топинамбур, 2 - лен.

В работе исследованы кинетические и динамические закономерности ионообменной адсорбции ионов Си2+ на топинамбуре и льняном волокне (рисунки 3 и 4). Методом графической интерпретации кинетических данных найдено, что скорость ионного обмена на природных адсорбентах лимитируется внутренней диффузией. В работе рассчитаны коэффициенты взаимодиффузии и установлено, что их значения для топинамбура и льна не являются величинами постоянными, а зависят от концентрации исходного раствора и степени отработки адсорбента. Показано, что динамическая обменная емкость топинамбура составляет 0,044 кг-экв/м3, а льна - 0,054 кг-экв/м3.

а б Рисунок 3. Кинетические кривые ионообменной адсорбции ионов Си2+ топинамбуре (а) и льне (б): С0, кг-экв/м3: 1 - 0.0005: 2 - 0.00ПЗ

Рисунок 4. Выходные кривые ионообменной адсорбции ионов Си2+ на природных сорбентах: топинамбур (а): Свх, кг-экв/м3: 1 - 0,0012; 2 - 0,0041; лен (б): Свх, кг-экв/м3: 1 - 0,0067; 2 - 0,0031; 3-0,0019.

В четвертой главе дано описание лабораторной установки для проведения исследований ионообменных процессов в горизонтальном адсорбере (рисунок 5). Принцип работы установки заключается в следующем. Исходный раствор из емкости 2 с помощью центробежного насоса 3 подается на очистку в горизонтальный ионообменный аппарат 1. Расход раствора в аппарате 1 устанавливается с помощью вентилей 5 и 6 по ротаметру 4. Ионообменная обработка раствора осуществляется при прохождении раствора сверху вниз через неподвижный слой сорбционного материала. Отработанный раствор удаляется в нижней части аппарата.

Основным элементом лабораторной установки является горизонтальный ионообменный аппарат, который имел следующие размеры: диаметр - 0,1 м, длина - 0,26 м, высота слоя ионообменного материала - 0,035 м. В ионообменной установке изучали процессы адсорбции ионов меди (II) из водных растворов природными сорбентами на основе льна и топинамбура, а

также синтетическим катионитом Lewatit S-100. В аппарате также осуществляли процесс регенерации катионита растворами соляной кислоты. Опыты проводились при следующих условиях: объемный расход по очищаемому раствору составлял (2,5 - 3,3)-10"5 м3/с, концентрация ионов Си2+ в исходном растворе изменялась от 0,005 до 0,1 кг-экв/м3, объем сорбционного материала составлял 8,35-10"4 м3. Для проведения процесса восстановления обменной емкости катионита на стадии регенерации использовали 0,25 и 0,5 кг-экв/м3 растворы соляной кислоты. Исследование процессов ионного обмена в горизонтальном аппарате заключалось в снятии выходных кривых ионного обмена.

Рисунок 5. Схема лабораторной установки: 1 - горизонтальный адсорбер; 2 - емкость с исходным раствором; 3 - центробежный насос; 4 — ротаметр; 5,6- вентиль.

На рисунках 6, 7 и в таблице приведены результаты экспериментальных исследований ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем адсорбента.

Рисунок 6. Выходные кривые ионного обмена 1Ша+ - Си2+ на топинамбуре (а) и льне (б): точки — экспериментальные данные, линии - результаты расчета; а) О = 2,5-10"5 м3/с; Свх, кг-экв/м3: 1 - 0,0306; 2 - 0,0103; б) (] = 2,5-10"5 м3/с; Свх, кг-экв/м3: 1 - 0,0101; 2 - 0,005

Рисунок 7. Выходные кривые ионообменной адсорбции (а) и десорбции (б) ионов Си2+на катеоните ЬешаШ Б-100: точки — экспериментальные данные, линии — результаты расчета;

а) (2 = 3,3-10"5 м3/с; Свх, кг-экв/м3: 1 - 0,1; 2 - 0,05; 3 - 0,01;

б) (2 = 3,3-10"5 м3/с; Свх, кг-экв/м3: 1 - 0,5; 2 - 0,25.

Таблица

Параметры процессов ионного обмена в горизонтальном аппарате

Ионообменная система Значение показателя

с кг—экв/м3 с«р' кг-экв/м кг-экв/м3 Тпр? С

Раствор Си304 - 0,0101 0,019 0,043 65

лен 0,0050 0,016 0,036 105

Раствор Си304 -топинамбур 0,0306 0,0103 0,0005 0,031 0,015 0,010 0,042 0,029 0,027 36 55 71

Раствор Си804 -Ье\уа1:к 8-100 0,0963 0,0496 0,0102 0,514 0,553 0,751 1,658 1,233 1,089 130 280 1910

Из кривых на рисунках 6 и 7а видно, что время защитного действия слоя адсорбентов зависит от концентрации исходного раствора. С увеличением концентрации исходного раствора возрастает полная динамическая и рабочая обменные емкости природных адсорбентов. Анализ результатов исследования процесса регенерации катионита Ье\уа1к 8-100 (рисунок 76) от ионов меди растворами соляной кислоты в горизонтальном аппарате показывает, что с увеличением объемного расхода раствора соляной кислоты концентрация десорбируемых из катионита ионов меди в отработанном регенерационном растворе уменьшается. При указанных условиях проведения процесса

регенерации катиоиит практически полностью восстанавливает свою обменную емкость.

На рисунках 6 и 7 также показаны в сравнении с экспериментальными данными результаты расчета, полученные с помощью разработанных математических моделей. "Удовлетворительное их совпадение свидетельствует о правильности принятых допущений при разработке математических моделей. Относительная погрешность не превышает 12 %.

В пятой главе приводятся данные о результатах испытаний горизонтального аппарата с неподвижным слоем адсорбента в производстве безалкогольных напитков на ООО «Лимонадный Джо», г. Иваново. Концентрация ионов меди в исходном растворе составляла 7 мг/л. После ионообменной обработки на льняном волокне концентрация меди в растворе уменьшилась до 1 мг/л, а на топинамбуре — до 0,8 мг/л.

В работе обоснована целесообразность применения горизонтального ионообменного аппарата с неподвижным слоем катионита по сравнению с многосекционным аппаратом непрерывного действия с кипящим слоем катионита на основании экспериментальных данных умягчения природной воды и учета объемов и периодичности ее потребления.

Предложена методика инженерного расчета горизонтального адсорбера, в основу которой положены разработанные математические модели и результаты экспериментальных исследований. С помощью данной методики рассчитана промышленная ионообменная установка периодического действия для ООО «Лимонадный Джо», г. Иваново.

В приложениях к работе приведены результаты экспериментальных исследований процесса ионного обмена на природных и синтетическом катионитах, а также акт о полупромышленном испытании горизонтального ионообменного аппарата с неподвижным слоем адсорбента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны математические модели ионообменной адсорбции ионов двухвалентных металлов в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем природного адсорбента на основе топинамбура и льняного волокна, позволяющие прогнозировать пространственно-временное распределение сорбируемого вещества в твердой и жидкой фазах.

2. Разработаны математические модели ионообменной адсорбции и десорбции ионов двухвалентных металлов на синтетическом катионите в горизонтальном аппарате, учитывающие равновесные и кинетические характеристики ионного обмена и изменение скорости движения жидкой фазы в неподвижном слое адсорбента.

3. Методом газовой хроматографии по адсорбции азота определены удельные поверхности, средний диаметр пор, общий объем пор и распределение пор по размерам модифицированных адсорбентов на основе топинамбура и льняного волокна.

4. Для ионообменных систем топинамбур - раствор СиБО^ лен - раствор СиБОд установлено, что равновесие процесса ионного обмена описывается

уравнением изотермы Ленгмюра, кинетика обмена ионов между фазами лимитируется внутренней диффузией, характеризующейся переменным коэффициентом взаимодиффузии в зависимости от степени отработки адсорбента.

5. На основании исследования динамики ионообменной адсорбции ионов меди на целлюлозосодержащих адсорбентах определены их динамическая и рабочая обменные емкости, значения которых возрастают при увеличений концентрации исходного раствора.

6. Разработана методика инженерного расчета горизонтального ионообменного аппарата с неподвижным слоем адсорбента, позволяющая определить основные конструктивные размеры аппарата и прогнозировать пространственно-временное распределение сорбируемого вещества между твердой и жидкой фазами.

7. Научные и прикладные результаты исследований позволили разработать рекомендации для внедрения ионообменной технологии очистки природной воды в производстве безалкогольных напитков на ООО «Лимонадный Джо» г. Иваново.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ао - обменная емкость ионита, кг-экв/м3, кг-экв/кг; b - константа изотермы Ленгмюра; С - концентрация целевого компонента в жидкой фазе, кг-экв/м3; С - концентрация целевого компонента в твердой фазе, кг-экв/м3, кг-экв/кг;

D - коэффициент диффузии целевого компонента в твердой фазе, м2/с; Dx -

коэффициент продольного перемешивания, м2/с; Е - константа Генри; Е0 -полная динамическая обменная емкость адсорбента, кг-экв/м3; Е„р - рабочая динамическая обменная емкость адсорбента, кг-экв/м3; F - степень завершенности процесса; Нсл - высота слоя ионита, м; г0 - радиус частицы твердой фазы, м; Q - расход жидкой фазы, м3/с; L - длина аппарата, м; R -радиус аппарата, м; г - радиальная координата, м; v - скорость потока жидкой фазы, м/с; х - текущая координата по высоте слоя ионита, м; Г - значение избыточной адсорбции, кг-экв/кг; s - порозность; т - время, с. Индексы: вх -входящий, вых — выходящий, о - начальный, пр — проскок, ср - средний, э -эффективный.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Никифорова, Т.Е. Сорбция ионов меди (II) из растворов целлюлозосодержащим сорбентом / Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, C.B. Натареев, Е.А. Соловьева, H.A. Ефимов // Изв. вузов «Химия и химическая технология». - Т. 55, № 7. - 2012. - С. 22 - 27.

2. Иванов, В.Е. Многосекционный аппарат кипящего слоя. Патент на полезную модель / В.Е. Иванов, C.B. Натареев, А.Е. Кочетков, A.C. Натареев, Е.А. Соловьева. RU № 82587 U1 Дата отсчета действия патента 04.12.2008. Опубликовано: 10.05.2009. Бюл. № 13.

3. Безруков, P.M. Исследование процесса ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем ионита / P.M. Безруков, Е.А. Соловьева, C.B. Натареев // Материалы регион, студ. науч. конф.

14

«Фундаментальные пауки - специалисту нового века. Дни науки - 2011», Т. 1, -Иваново: ИГХТУ, 2011. - С. 199.

4. Натареев, С.В. Ионный обмен в аппаратах с переменной скоростью движения раствора / С.В. Натареев, Е.А. Соловьева, О.С. Натареев // Тез. докл. XI Междунар. конф. «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах». - Иваново: ИХР РАН, 2011. - С. 87 - 88.

5. Натареев, С.В. Ионообменная адсорбция ионов меди в условиях интенсивного перемешивания двухфазной системы ионит-раствор / С.В. Натареев, Е.А. Соловьева, О.С. Натареев // Тез. докл. XI Международ, конф. «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах». - Иваново: ИХР РАН, 2011.-С. 88-89.

6. Натареев, С.В. Адсорбция ионов тяжелых металлов на природных и синтетических сорбентах / С.В. Натареев, Т.Е. Никифорова, Е.А. Соловьева, О.С. Натареев // Материалы международ, науч.-тех. интернет-конф. «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах (ЭПАХПП-2011)». - Воронеж: ВГТА, 2011. - С. 338 - 342.

7. Соловьева, Е.А. Разработка ионообменного аппарата для умягчения природной воды / Е.А. Соловьева, О.С. Натареев, П.В. Масевич, С.В. Натареев // Материалы всерос. молодеж. науч. конф. с международ, участием «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук»,- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2011. - С. 147 - 148.

8. Соловьева, Е.А. Исследование процессов адсорбции ионов тяжелых металлов в гетерогенной системе целлюлозосодержащий биополимер - водный раствор / Е.А. Соловьева, Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, С.В. Натареев // Сб. материалов международ, молодеж. конф. «Нано- и супермолекулярная химия в сорбционных и ионообменных процессах». - Казань: КНИТУ, 2011. - С. 35 — 37.

9. Натареев, С.В. Динамика ионного обмена на модифицированном целлюлозосодержащем сорбенте / С.В. Натареев, Е.А. Соловьева, О.С. Натареев, Т.Е. Никифорова // Сб. материалов международ, науч.-тех. конф. «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс - 2012)». Часть 1. - Иваново: ИГТА, 2012. - С. 219 - 221.

10. Натареев, С.В. Массообмен в системе с твердым телом в условиях интенсивного перемешивания окружающей среды / С.В. Натареев, Е.А. Соловьева, А.С. Натареев, П.В. Масевич // Сб. тр. XXV Международ, науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25». -Волгоград: ВГТУ, 2012. - С. 67.

11. Натареев, С.В. Ионообменная сорбция ионов меди (II) биосорбентом на основе целлюлозы / С.В. Натареев, Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, Е.А. Соловьева, Н.А. Ефимов // Czasopismo techniczne (Technical transactions). -Krakow: Politechika Krakowska, 2012. - Вып.б. - С. 297 - 304.

12. Соловьева, Е.А. Очистка промышленных сточных вод на природных сорбентах / Е.А. Соловьева, О.С. Натареев, С.В. Натареев // Материалы всерос.

науч. конф. «Молодые исследователи - регионам». - Вологда: ВоГТУ, 2012. -Т. 1,- С. 390-391.

13. Приходько, Е.С. Разработка режимных параметров работы горизонтального ионитового фильтра / Е.С. Приходько, Е.А. Соловьева, C.B. Натареев, Т.Е. Никифорова // Материалы Ш Всерос. студ. науч.-тех. конф. «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология». - Казань: КНИГУ, 2012. - С. 99 - 101.

14. Соловьева, Е.А. Разработка ионообменного аппарата для умягчения природной воды / Е.А. Соловьева, C.B. Натареев, О.С. Натареев // Материалы III Всерос. студ. науч.-тех. конф. «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология». Казань: КНИТУ, 2012. -С. 127- 128.

15. Соловьева, Е.А. Динамика ионообменной сорбции ионов меди в горизонтальном аппарате / Е.А. Соловьева, C.B. Натареев, Т.Е. Никифорова, П.В. Масевич // Тез. докл. VII Всерос. школы-конф. молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)». - Иваново, ИХР, 2012. - С. 137 - 138.

16. Дубкова (Соловьева), Е.А. Ионообменная сорбция ионов меди из растворов в аппарате с кипящим секционированным слоем ионита / Е.А. Дубкова (Соловьева), И.С. Харченко, C.B. Натареев // Материалы всерос. науч,-практ. конф. «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств». - Нижнекамск: НХТИ (филиал) ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2013. - С. 183 - 187.

17. Дубкова (Соловьева), Е.А. Повышение эффективности работы ионообменного аппарата методом математического моделирования / Е.А. Дубкова (Соловьева), C.B. Натареев // Тез. всерос. науч.-практ. конф. студентов и аспирантов «Казанские научные чтения студентов и аспирантов - 2012». -Казань: Изд-во «Познание» Института экономики, управления и права, 2013. -С. 244-245.

18. Дубкова (Соловьева), Е.А. Ионообменная сорбция ионов меди в горизонтальном адсорбере с неподвижным слоем ионита / Е.А. Дубкова (Соловьева) // Тез. регион, студ. науч. конф. «Фундаментальные науки - специалисту нового века». Т. 1. - Иваново: ФГБОУ ВПО «ИГХТУ», 2013. - С. 194.

Подписано в печать 18.10.2013. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл.печ.л. 1,00. Уч.-изд.л. 1,03. Тираж 100 экз. Заказ 3373

ФГБОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ФГБОУ ВПО «ИГХТУ» 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201452176

Дубкова Елена Андреевна

ПРОЦЕССЫ ИОНООБМЕННОЙ АДСОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПРИРОДНЫХ АДСОРБЕНТАХ

Специальность: 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор Натареев С.В.

Иваново - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ИОННОГО ОБМЕНА НА ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ ИОНИТАХ 10

1.1. Применение целлюлозосодержащих адсорбентов для очистки сточных вод и растворов от ионов тяжелых металлов 10

1.2. Равновесие ионного обмена 15

1.3. Кинетика ионного обмена 25

1.4. Современные конструкции ионообменных аппаратов периодического и непрерывного действия 34

1.5. Инженерные методы расчета ионообменного оборудования

для очистки природной воды и промышленных сточных вод 42 Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИОННОГО ОБМЕНА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ИОНООБМЕННОМ АППАРАТЕ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ ИОНИТА 51

2.1. Моделирование процесса ионообменной адсорбции

в слое частиц адсорбента цилиндрической и сферической

форм 51

2.2. Моделирование регенерации синтетического катеонита водным раствором соляной кислоты 55

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИОНООБМЕННОЙ АДСОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКОМ АДСОРБЕНТАХ 60

3.1. Характеристики веществ, использованных в исследованиях,

и методики их анализа 60

3.2. Сорбционные свойства природных адсорбентов при адсорбции из газовых и жидких сред 63

3.3. Кинетика ионного обмена на целлюлозосодержащих адсорбентах 68

3.4. Динамика процессов ионного обмена на катеонитах 73 Глава 4. ПРОЦЕССЫ ИОНООБМЕННОЙ АДСОРБЦИИ И

ДЕСОРБЦИИ ИОНОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ АППАРАТЕ С НЕПОДВИЖНЫМ СЛОЕМ АДСОРБЕНТА 79

4.1. Описание принципа работы ионообменной установки

и методики проведения эксперимента 79

4.2. Обсуждение результатов эксперимента 82

4.3. Проверка адекватности математических моделей 86 Глава 5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В ПРОЦЕССАХ

УМЯГЧЕНИЯ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ 93

5.1. Испытание ионообменной установки в промышленном производстве 93

5.2. Сравнение характеристик работы ионообменных аппаратов периодического и непрерывного действия 95

5.3. Инженерный метод расчета ионообменной установки для подготовки воды в производстве безалкогольных напитков 98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 108

ПРИЛОЖЕНИЯ 125

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современные тенденции увеличения водопотребления природной воды и сброса промышленными предприятиями сточных вод, в том числе стоков, содержащих ионы тяжелых металлов, обусловлены ростом населения Земли, развитием промышленного производства и другими факторами. Загрязняющие вещества, содержащиеся в сточных водах, попадая в природные водоемы, приводят к изменениям химического состава воды и её качественных характеристик, которые в основном проявляются в появлении неприятного запаха, привкуса, неестественного цвета и др. Поэтому решение проблем по комплексному использованию природных ресурсов, позволяющих исключить загрязнение окружающей среды вредными промышленными выбросами, а также поиск эффективных экологически безопасных технологий очистки сточных вод являются одними из актуальных задач в области защиты водных ресурсов.

Одним из наиболее эффективных методов извлечения ионов тяжелых металлов из растворов и сточных вод является ионный обмен, который по сравнению с другими методами, например, реагентным методом, экстракцией, коагуляцией, позволяет извлекать вредные вещества до норм ПДК, возвращать очищенную воду обратно в производство и утилизировать ценные вещества, извлеченные из регенерационных растворов. Для проведения процессов ионного обмена применяются аппараты непрерывного и периодического действия. Несмотря на известные преимущества аппаратов непрерывного действия, на промышленных предприятиях в основном используются аппараты с неподвижным слоем ионита, которые просты в обслуживании, позволяют обрабатывать большие объемы воды с переменной во времени концентрацией сорбируемых компонентов.

При ионообменной обработке растворов все большее применение находят целлюлозосодержащие сорбенты, которые в отличие от синтетических ионитов являются дешевыми и простыми в получении. Для данных сорбентов разработаны

экологически безопасные способы их утилизации, например, внесение отработанных сорбентов в почву, использование в производстве огнеупорных изделий, сжигание и другие.

Дальнейшее совершенствование ионообменных технологий не может осуществляться без внедрения на промышленных предприятиях новых ионообменных материалов, обладающих значительной обменной емкостью, высокой избирательностью, повышенной механической прочностью, хорошей химической стойкостью, и высокопроизводительного ионообменного оборудования, рассчитанного с применением методик, базирующихся на математическом моделировании с учетом реального механизма ионообмена, равновесных закономерностей процесса и гидродинамических особенностей движения подвижных фаз в аппарате, что, несомненно, является актуальной задачей в практическом и научном плане.

Цель работы. Исследование ионообменной адсорбции ионов двухвалентных металлов на целлюлозосодержащих и синтетическом катионитах и разработка методики расчета горизонтального адсорбера с неподвижным слоем адсорбента, позволяющей определить основные габаритные размеры аппарата и рациональные режимные параметры его работы.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Исследовано равновесие, кинетика и динамика ионного обмена ЯСи Ыа+ на целлюлозосодержащих адсорбентах;

2. Выявлены закономерности процессов ионообменной адсорбции ионов Си2+ на модифицированных природных адсорбентах на основе топинамбура и льняного волокна в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем адсорбента;

3. Изучены процессы ионного обмена ЯСи2+ - ТГ и 11ЕГ - Си2+ на сульфокислотном катионите ЬешаШ Б-100 в горизонтальном адсорбере с неподвижным слоем адсорбента;

4. Разработаны математические модели и инженерный метод расчета ионообменной установки периодического действия для очистки растворов и сточных вод от ионов поливалентных металлов;

5. Даны рекомендации для использования результатов исследования в технологических процессах водоподготовки природной воды в производстве безалкогольных напитков.

Научная новизна работы:

1. Предложено математическое описание процесса ионообменной адсорбции на целлюлозосодержащем адсорбенте в горизонтальном аппарате, учитывающее нелинейность изотермы адсорбции, внутридиффузионное сопротивление, изменение скорости движения раствора в неподвижном слое адсорбента и позволяющее определить закономерности динамики ионного обмена;

2. Разработаны математические модели ионообменной адсорбции и десорбции ионов двухвалентных металлов на синтетическом катионите в горизонтальном аппарате, позволяющие рассчитать распределение целевого компонента в неподвижном слое адсорбента в любой момент времени;

3. В результате исследования ионного обмена ЯСи - № на модифицированных топинамбуре и льне установлено, что равновесие ионообменной адсорбции удовлетворительно описывается уравнением изотермы Ленгмюра;

4. Впервые рассчитаны коэффициенты взаимодиффузии ионов меди на топинамбуре и льне, значения которых зависят от концентрации исходного раствора и степени отработки адсорбента;

5. Получены выходные кривые процессов ионообменной адсорбции ионов меди в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем природных адсорбентов и рассчитаны значения полной и рабочей динамической обменной емкости топинамбура и льняного волокна.

Практическая ценность работы:

1. Методом газовой хроматографии по адсорбции азота определены удельные поверхности, средний диаметр пор, общий объем пор и распределение пор по размерам модифицированных адсорбентов на основе топинамбура и льняного волокна;

2. Для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов и сточных вод рекомендованы целлюлозосодержащие сорбенты на основе топинамбура и льняного волокна;

3. Разработана методика расчета процесса ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем целлюлозосодержащего адсорбента, позволяющая определить основные размеры аппарата, время защитного действия слоя адсорбента в зависимости от концентрации и расхода очищаемого раствора;

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке и проектировании ионообменной установки периодического действия для очистки природной воды в производстве безалкогольных напитков.

На защиту выносятся:

1. Математические модели процесса ионного обмена в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем целлюлозосодержащего и синтетического катионита;

2. Результаты экспериментальных исследований равновесия, кинетики и динамики процессов ионообменной адсорбции ионов Си на природных целлюлозосодержащих адсорбентах, полученных на основе топинамбура и льна;

3. Результаты экспериментального исследования процессов ЯСи2+ - Н+ и МТ1" - Си2+ в горизонтальном аппарате с неподвижным слоем катионита Ье\уа1л1 8-100;

4. Результаты численного эксперимента по моделированию процесса ионного обмена в горизонтальном ионообменном аппарате.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: региональной студенческой научной конференции «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2011, 2013 гг.); международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011 г.); международной научно-технической интернет-конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах (ЭПАХПП-2011)» (Воронеж, 2011 г.); всероссийской молодежной научной конференции с международным участием «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Кемерово, 2011 г.); международной молодежной конференции «Нано- и супермолекулярная химия в сорбционных и ионообменных процессах» (Казань, 2011 г.); международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс -2012)» (Иваново, 2012 г.); XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25» (Волгоград, 2012 г.); «Czasopismo techniczne (Technical transactions)» (Krakow, 2012 г.); всероссийской научной конференции «Молодые исследователи - регионам» (Вологда, 2012 г.); III Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология» (Казань, 2012 г.); VII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)» (Иваново, 2012 г.); всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Казанские научные чтения студентов и аспирантов - 2012» (Казань, 2012 г.); всероссийской научно-практической конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств» (Нижнекамск, 2013 г.).

По материалам исследований опубликовано 17 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, входящем в список ВАК, получен один патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложений. Объем работы: 135 страниц основного текста, включая 40 рисунков и 25 таблиц. Список литературы включает 154 наименования.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ ИОННОГО ОБМЕНА НА ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ

ИОНИТАХ

1.1. Применение целлюлозосодержащих адсорбентов для очистки сточных вод и растворов от ионов тяжелых металлов

Известно, что изучение явления ионного обмена началось еще в начале XIX века с наблюдений о влиянии почв на химический состав находящихся с ними во взаимодействии солевых растворов. В 1850 г. Г. Томсоном были проведены первые систематические исследования ионного обмена на глинистых фракциях почв. В последствии ионообменные свойства были установлены для таких минеральных компонентов почв, как каолинит, гидрослюды, вермикулит и др. [1]

В последние десятилетия внимание ученых все больше было обращено к целлюлозосодержащим сорбентам для очистки сточных вод и растворов от ионов тяжелых металлов, которые по сравнению с синтетическими сорбентами являются более дешевыми и простыми в получении [2, 3].

Имеется множество публикаций, в которых сообщается о возможности извлечения тяжелых металлов из водных растворов природными целлюлозосодержащими сорбентами. Указывается, что такие сорбенты обладают довольно большой сорбционной емкостью и хорошими кинетическими характеристиками. Это делает их применение крайне перспективным в технологии сорбционной очистки водных сред.

Булатом Ясемином и Тезом Зеки исследованы процессы удаления тяжелых металлов РЬ, Сс1, N1 из водных растворов с помощью опилок ореховой скорлупы [4]. Опыты проводили при температурах раствора 25, 45 и 60 °С. Выявлено, что состояние равновесия устанавливается в среднем через 60 мин. Показано, что равновесные закономерности процесса ионообменной адсорбции удовлетворительно описывается уравнениями изотерм Фрейндлиха и Ленгмюра. Селективность обмена подчиняется следующей закономерности: РЬ2+ ~ С<12 >

N1 . На основании проведенных исследований сделан вывод о целесообразности использования опилок ореховой скорлупы для извлечения ионов поливалентных металлов из водных растворов.

Аджаром Кумар Миина с соавторами [5] проведены исследования в области удаления ионов Сг(У1), РЬ(Н), Н§(Н) и Си(И) из водных растворов древесными опилками в зависимости от рН, времени контакта, дозы адсорбента и температуры. В работе определена емкость адсорбента по отношению к исследованным металлам: Сг - 11,61 мг/г; РЬ - 52,38 мг/г; - 20,62 мг/г и Си -5,64 мг/г. Установлено, что основную роль в процессе сорбции играет комплексообразование и ионный обмен. Авторами рассчитаны термодинамические характеристики процесса и показано, что адсорбция увеличивается с возрастанием рН и достигает максимума при рН = 6. При дальнейшем возрастании рН значение адсорбция уменьшается.

В работе Аджай К.М. с соавторами [6] в качестве адсорбента для

у, 'У л.

извлечения ионов металлов РЬ и Сё из водных растворов использовали шелуху горчицы. Установлено, что равновесные закономерности изученных процессов удовлетворительно описываются уравнениями изотерм Ленгмюра и Фрейндлиха.

Сангур Сана и Бабаоглу Сибель [7] провели исследования по извлечению тяжелых металлов в водных растворах на ионообменном материале, полученном на основе целлюлозы. Установлено, что степень сшивки сорбента составляет 19,8 %, обменная емкость - 3,3 мг-экв/г мокрой целлюлозы или 4,1 мг-экв/г (на сухой вес). При изучении влияния рН среды на процесс ионного обмена был сделан вывод, что обменная емкость максимальна при рН равном 6. В качестве элюента для РЬ, Сё, Со, Си, Ре, N1, ¿п, Сг использован триметафосфат натрия. Авторами определены коэффициенты распределения указанных ионов в интервале концентраций регенерирующего раствора от З-Ю"3 до 0,1 моль/л и рекомендовано проводить процесс ионного обмена с концентрацией раствора не более 5-10" моль/л.

Рахманом М. с соавторами [8] изучено влияние рН среды, концентрации раствора и соотношение твердой и жидкой фаз на биосорбцию ионов Си

опилками древесины клена. Опыты проводили в статических условиях, на основании которых установлено, что максимальное значение адсорбции ионов Си (9,51 мг/г)

достигается при рН равном 6,0, а изотермы адсорбции удовлетворительно описываются уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха.

Айча Миняр Бен Хамиссом с соавторами [9] опубликованы экспериментальные данные по извлечению ионов РЬ(И) и Сё(И) из водных растворов сорбентом, полученным на основе волокон агавы американской. Авторами отмечено, что состояние равновесия между фазами достигается после 30 - 60 минут. Максимальная сорбционная емкость волокон агавы американской при температуре раствора 20 °С, рН равном 5 и концентрации раствора 5 г-л"1 составила 40 мг/г для РЬ и 12,5 мг/г для Сс1. Авторами рассчитаны термодинамические параметры процесса при различной концентрации растворов и его температуре. Например, при начальной концентрации ионов С