ИЗВЛЕЧЕНИЕ Sb(III) ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ АЛЮМОСИЛИКАТАМИ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА РИСА
Аннотация
В статье представлены результаты исследования сорбции сурьмы(III) из водных растворов алюмосиликатами калия, полученными из рисовой соломы и шелухи. Установлен химический состав, строение и физико-химические характеристики полученных биогенных образцов. Кинетика сорбции ионов Sb(III) алюмосиликатами калия была исследована при помощи моделей диффузионной и химической кинетики. Показано, что скорость процесса сорбции сурьмы на исследованных алюмосиликатах лимитируется смешанно-диффузионным процессом, а также стадией химического взаимодействия катионов сурьмы с поверхностью сорбента. Показано, что в диапазоне концентраций 0,017-0,1 ммоль/л процесс адсорбции Sb(III) природными материалами определяется химическим взаимодействием с поверхностью образцов и подчиняется модели Фрейндлиха, что свидетельствует о неоднородности поверхности сорбентов. Исследовано влияние среды раствора на сорбцию сурьмы(III) алюмосиликатами. Показано, что поверхность адсорбента имеет положительный заряд в кислой среде и отрицательный заряд в нейтральной среде. С увеличением pH раствора сорбционная активность для всех сорбентов снижается. Десорбция Sb(III) зависит от времени контакта сорбента с раствором и от среды раствора, причем десорбция выше в нейтральной среде. Результаты исследования показывают, что алюмосиликаты калия, полученные из рисовой соломы и шелухи, являются перспективными материалами для удаления сурьмы(III) из водных растворов. Данные исследования позволяют дать рекомендации по выбору материалов для очистки растворов от ионов Sb(III), расширяя спектр используемых в настоящее время природных сорбентов на основе растительного сырья, а также решить актуальную эколого-экономическую проблему – утилизацию отходов рисового производства.
Для цитирования:
Довгань С.В., Арефьева О.Д., Макаренко Н.В., Цветнов М.А., Панасенко А.Е. Извлечение Sb(III) из водных растворов алюмосиликатами из отходов производства риса. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 4. С. 53-63. DOI: 10.6060/ivkkt.20246704.6935.
Литература
United States Geological Survey (USGS), 2021. https// pubs.usgs.gov/period icals/ mcs2021/mcs2021-antimony.pdf . (Accessed, August 2021).
Statista, 2021. https:// www.sta t ista.com/statistics/26 49 5B/antimony-product ion/. (Accessed, April 2021).
Yang X., Shi Z., Liu L. Adsorption of Sb (III) from aqueous solution by QFGO particles in batch and fixed -bed systems. Chem. Eng. J. 2015. V. 260. P. 444‒453. DOI: 10.1016/j.cej. 2014.09.036.
Bolan N., Kumar M., Singh E., Kumar A., Singh L., Kumar S., Keerthannn S., Hoang S.A., El-Noggar A., Vithanuge M., Sarkar B., Wijeseknra H., Diyabalanage S., Sooriyakumar P., Vinu A., Wang H., Kirkham M.B., Shaheen S.M., Rinklebe J., Kadambot H., Siddique M. Antimony contamination and its risk management in complex environmental settings: A review. Environ. Int. 2022. V. 158. P. 106908. DOI: 10.1016/j.envint.2021.106908.
Takaoka M., Fukutani S., Yamamoto T., Horiuchi M., Satta N., Takeda N., Oshita K., Yoneda M., Morisawa S., Tanaka T. Determination of chemical form of antimony in contaminated soil around a smelter using X-ray absorption fine structure. Anal. Sci. 2005. V. 21. P. 769–773. DOI: 10.2116/analsci.21.769.
Kavaciki B., Dölgen D. Arsenic and Antimony Removal from Water by Zirconium-Coated Water Treatment Plant Sludge. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi. 2022. V. 12. N 1. P. 317-339. DOI: 10.31466/kfbd.1063741.
Multani R.S., Feldmann T., Demopoulos G.P. Antimony in the metallurgical industry: a review of its chemistry and environmental stabilization options. Hydrometallurgy. 2016. V. 164. P. 141-153. DOI: 10.1016/j.hydromet.2016.06.014.
Xu W., Wang H., Liu R. Zhao X. Qu J. The mechanism of antimony(III) removal and its reactions on the surfaces of Fe-Mn Binary Oxide. J. Colloid Interface Sci. 2011. V. 363. N 1. P. 320-326. DOI: 10.1016/j.jcis.2011.07.026.
Xi J., He M., Lin C. Adsorption of antimony (III) and antimony (V) on bentonite: Kinetics, thermodynamics and anion competition. Microchem. J. 2011. V. 97. N 1. P. 85-91. DOI: 10.1016/j.microc.2010.05.017.
Zhao Z., Wang X., Zhao C., Zhu X., Du S. Adsorption and desorption of antimony acetate on sodium montmo-rillonite. J. Colloid Interface Sci. 2010. V. 345. P. 154-159. DOI: 10.1016/j.jcis.2010.01.054.
Sarı A., Sahinoglu G., Tuzen M. Antimony (III) Adsorption from Aqueous Solution Using Raw Perlite and Mn-Modified Perlite: Equilibrium, Thermodynamic, and Kinetic Studies. Ind. Eng. Chem. Res. 2012. V. 51. N 19. P. 6877-6886. DOI: 10.1021/ie300243n.
Biswas B.K., Inoue J., Kawakita H., Ohto K., Inoue K. Effective removal and recovery of antimony using metal-loaded saponified orange waste. J. Hazard. Mater. 2009. V. 172. P. 721-728. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.07.055.
Bacelo H., Santos S.C.R., Rebeiro A. Boaventura R.A.R., Botelho C.M.S. Antimony removal from water by pine bark tannin resin: Batch and fixed-bed adsorption. J. Environ. Manage. 2022. V. 302. P. 100-114. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.114100.
Kholomeidik A.N., Panasenko A.E. Recovery of Sb3+ ions by biogenic silicon-containing materials. Russ. J. In-org. Chem. 2022. V. 67. N 9. P. 1465-1470. DOI: 10.1134/ S0036023622090066.
Meretin R.N., Nikiforova Т.E. Investigation of the reactivity of the surface of a carbon-containing silicate sorbent of plant origin. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 11. P. 117-125 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216411.6408.
Panasenko A.E., Borisova P.D., Arefieva O.D. Alumi-nosilicates from rice straw: obtaining and sorption proper-ties. Khim. Rastit. Syr'ya. 2019. N 3. P. 291–298 (in Russian). DOI: 10.14258/jcprm.2019034278.
Alekseev V.N. Quantitative analysis. M.: Khimiya. 1972. 504 p. (in Russian).
Ho Y.S, Ng J.C.Y., McKay G. Kinetics of pollutant sorption by biosorbents: review. Sep. Purif. Rev. 2000. V. 2. N 29. P. 189–232. DOI: 10.1081/SPM-100100009.
Douven S., Paez C.A., Gommes C.J. The range of validi-ty of sorption kinetic models. J. Colloid Interface Sci. 2015. N 448. P. 437–450. DOI: 10.1016/j.jcis.2015.02.053.
Javadian H. Application of kinetic, isotherm and ther-modynamic models for the adsorption of Co(II) ions on polyamidine/polypyrrole copolymer nanofibers from aqueous solution. J. Ind. Eng. Chem. 2014. V. 6. N 20. P. 4233–4241. DOI: 10.1081/SPM-100100009.
Weber Jr. W.J., Morris J.C. Kinetics of adsorption on carbon from solution. J. Sanit. Eng. Div. 1963. N 89. P. 31–60. DOI: 10.1061/JSEDAI.0000430.
Keltsev N.V. Fundamentals of adsorption technology. M: Khimiya. 1984. 592 p. (in Russian).
GOST 4919.2-2016. Reagents and highly pure substances. Methods for preparing buffer solutions. 2018. 16 p. (in Russian).
Tran H., Chao H. Adsorption and desorption of potentially toxic metals on modified biosorbents through new green grafting process. Environ. Sci. Pollut. Res. 2018. V. 25. N 13. P. 12808–12820. DOI: 10.1007/s11356-018-1295-9.
Vieira A.P., Santana S.A.A., Bezerra C.W.B., Silva H.A.S., Chaves J.A.P., Melo J. C.P., Filho E.C. S., Airoldi C. Kinetics and thermodynamics of textile dye adsorption from aqueous solutions using babassu coconut mesocarp. J. Hazard. Mater. 2009. V. 166. P. 1272-1278. DOI: 10.1016/ j.jhazmat.2008.12.043.
Gordienko P.S., Shabalin I.A., Yarusova S.B., Slobodyuk A.B., Somova S.N. Composition, structure, and mor-phology of nanostructured aluminosilicates. Theor. Found. Chem. Eng. 2017. V. 51. P. 763–768. DOI: 10.1134/S0040579517050104.
Korzh E.A., Klimenko N.A. Modeling the kinetics of adsorption of pharmaceutical substances on active car-bons. Probl. Sovrem. Nauki Obraz. 2017. N. 87. P. 7-13 (in Russian).
Greg S., Singh K. Adsorption, specific surface area, porosity. M.: Mir. 1984. 306 p. (in Russian).
Boriskov D.E., Kuzmin A.A., Komarova N.A., Davydova M.A. Applicability of the Freundlich model to describe the adsorption of copper ions by modified diatomites. Innovat. Tekh. Tekhnol. 2020. N 1. P. 55–60 (in Russian).
Van H.T., Phuong T.M., Thao V.T., Vu X.H., Nguyen T.V., Nguyen L.H. Applying Activated Carbon Derived from Coconut Shell Loaded by Silver Nanoparticles to Remove Methylene Blue in Aqueous Solution. Wat. Air Soil Poll. 2018. V. 18. P. 1–14. DOI: 10.1007/s11270-018-4043-3.
Ghanizadeh G., Asgari G. Adsorption kinetics and isotherm of methylene blue and its removal from aqueous solution using bone charcoal. React. Kinet. Mech. Catal. 2011. V. 102. P. 127– 142. DOI: 10.1007/s11144-010-0247-2.
Laptash N.M., Kovaleva E.V., Mashkovsky A.A., Beloliptsev A.Yu., Zemnukhova L.A. Hydrolysis of antimony(III) fluoride compounds. Zhurn.Strukt. Khim. 2007. V. 48. N 5. P. 907–913 (in Russian). DOI: 10.1007/s10947-007-0126-5.
Arefieva O.D., Pirogovskaya P.D., Panasenko A.E., Zemnukhova L.A. Acidbase properties of aluminosili-cates from rice husk and straw. SN Appl. Sci. 2020. V. 2. P. 894. DOI: 10.1007/s42452-020-2732-1.
