НЕУГЛЕРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ В ПРОЦЕССАХ ВОДООЧИСТКИ. Для очистки воды все большее применение находят неуглеродные сорбенты естественного и искусственного происхождения глинистые породы, цеолиты и некоторые другие материалы.
Использование таких сорбентов обусловлено достаточно высокой емкостью их, избирательностью, катионообменными свойствами некоторых из них, сравнительно низкой стоимостью и доступностью иногда как местного материала. Глинистые породы - наиболее распространенные неорганические сорбенты для очистки воды. Они обладают развитой структурой с микропорами, имеющими различные размеры в зависимости от вида минерала.
Большая часть из них обладает слоистой жесткой или расширяющейся структурой. Механизм сорбции загрязнений на глинистых материалах достаточно сложен и включает Ван-дер-ваальсовые взаимодействия углеводородных цепочек с развитой поверхностью микрокристаллов силикатов и кулоновское взаимодействие заряженных и поляризованных молекул сорбата с положительно заряженными участками поверхности сорбента, содержащими ионы Н и Al3. Наибольшее распространение глинистые материалы получили для обесцвечивания воды, удаления неорганических примесей и особо токсичных хлорорганических соединений и гербицидов, различных ПАВ. Природные сорбенты добывают в непосредственной близости от места потребления, что постоянно расширяет масштаб их применения для очистки воды. Цеолиты - разновидности алюмосиликатных каркасных материалов.
Эти материалы имеют отрицательный трехмерный алюмосиликатный каркас со строго регулярной тетраэдрической структурой.
В промежутках каркаса находятся гидратированные положительные ионы щелочных и щелочно-земельных металлов, компенсирующих заряд каркаса, и молекулы воды. В адсорбционные полости цеолитов сорбируется лишь молекулы веществ, критический размер которых меньше эффективного размера входного окна, от этого и их второе название - молекулярные сита. Известно более 30 видов природных цеолитов, но лишь часть из них образует крупные месторождения 80 концентратов удобные для промышленной переработки.
Наиболее распространенные природные цеолиты шабазит Na2CaOAl2O34SiO26H2O с размером окон 0.37-0.50 нм морденит Na2K2CaOAl2O310SiO26.7H2O с размером окон 0.67-0.70 нм клинопптиломит Na2K2CaOAl2O310SiO28H2O Для получения прочных и водостойких фильтрующих материалов из природных цеолитов их, так же, как и глины, нагревают в печах с хлоридом карбонатом натрия при 10000С. Обработка поверхности цеолитов кремнийорганическими соединениями делает ее гидрофобной, что улучшает сорбцию нефти из воды. Природные цеолиты используются в виде порошков и фильтрующих материалов для очистки воды от ПАВ, ароматических и канцерогенных органических соединений, красителей, пестицидов, коллоидных и бактериальных загрязнений.
Кроме цеолитов и природных глин перспективными являются неорганические иониты. Среди них можно выделить следующие 1. Гранулированные методом замораживания труднорастворимые фосфаты металлов циркония, титана, хрома, железа, тория, сурьмы и др прежде всего, цирконилфосфат ZrOmH2PO4n с различным отношением mn, отличающийся высокой емкостью обмена, термической и радиационной устойчивостью и высокой селективностью к ионам цезия, рубидия, калия и аммония, а также таллия.
Цирконилфосфат устойчив в концентрированных кислотных и солевых растворах, сохраняя в них высокую ионообменную емкость и избирательность к вышеуказанным катионам. Цирконилфосфат может быть использован для извлечения из сильнокислых и сильноминерализованных радиоактивных растворов долгоживущего изотопа 137Cs для разделения продуктов радиоактивного распада урана в атомных реакторах 89Sr-137Cs, 89Sr-144Cs, 90Sr-90U для отделения 95Nb и 95Zr от 106Ru для извлечения ионов таллия из растворов в производстве и при использовании солей таллия. 2. Синтетические титано- и цирканосиликаты, обладающие молекулярноситовыми свойствами цеолитового уровня, высокой обменной емкостью и селективностью к ряду катионов. 3. Труднорастворимый кристаллический оксалат циркония, селективный по отношению к катионам свинца и калия. 4. Труднорастворимые соли поли- и гетерополикислот фосфомолибдаты, фосфорвольфраматы, вольфраматы, фосфорарсенаты, производные фосфорносурьмяной кислоты, кремнесурьмяной кислот и другие обладающие селективностью к редким щелочным, щелочноземельным и тяжелым металлам. 5. Ферроцианиды щелочных и тяжелых металлов железа, меди, цинка, молибдена, никеля, титана, олова, ванадия, урана, вольфрама и т.п способные к избирательной сорбции ионов Pb, используются для поглощения Rb, Cs из растворов и Tl из водных растворов.
Например, с помощью ферроцианида щелочного металла и никеля эффективно извлекается рубидий из отработанного раствора при переработке карналлитовых руд. 6. Нерастворимые сульфиды и гидроксиды металлов.
Например, известно о возможности успешной очистки никелевых электролитов от примесей ионов меди, свинца, кадмия, мышьяка, сурьмы, олова, висмута с помощью нерастворимого сульфида никеля, от примесей железа II и кобальта II с помощью гидроксидов никеля в сочетании с органическим сильноосновным анионитом АВ-17 на конечной стадии очистки.
Многие катиониты в том числе цеолиты за исключением клиноптилолита, эрионита и морденита и глинистые минералы, могут работать только в солевых формах натриевой, кальциевой и т.д Они не могут быть переведены в водородную форму, так как при этом разрушается их структура, и, следовательно, не могут применяться в технологии обессоливания и опреснения сточных и природных вод. Кроме того, обессоливание воды невозможно без одновременного использования анионитов, которые среди неорганических минералов и соединений встречаются весьма редко.
Эти обстоятельства в немалой степени способствовали бурному развитию синтеза органических катионитов и анионитов на основе синтетических органических соединений, получивших широкое применение в технологии обессоливания воды, в гидрометаллургии драгоценных и цветных металлов, в технологии очистки сточных вод и в других отраслях.
ОРГАНИЧЕСКИЕ ИОНИТЫ Большинство органических ионитов получаются путем полимераналогичных превращений сополимеров стирола и дивинилбензола ДВБ. Эти сополимеры являются надежной базой для создания целого спектра гелевых и макропористых ионитов с самыми разнообразными свойствами.
Кроме того, исходные мономеры доступны и относительно дешевы. Все шире становится и ассортимент ионитов, получаемых методами сополимеризации и сополиконденсации органических мономеров ионогенного типа. Успешно развивается синтез важных в практическом отношении ионитов на базе винильных производных пиридина, прежде всего промышленно доступного 2,5-метилвинилпиридина, на основе алифатических соединений ионогенного характера, таких как метилакрилат, акрилонитрил, полиэтиленполиамины, эпихлоргидрин.
Большинство органических ионитов имеют гелевую структуру. В них отсутствуют реальные поры. Доступность всего объема их зерен для обменивающихся ионов обеспечиваются благодаря их способности к набуханию в водных растворах.
Макропористые иониты получаются путем введения в реакционную массу в процессе сополимеризации и поликонденсации порообразователя изооктан, декан, бензины БР-1, БЛХ, спирты нормального и изомерного строения, после удаления, которого ионит сохраняет реальные поры и приобретает свойства адсорбентов типа активных углей большую удельную поверхность и объем пор. Макропористые иониты имеют большую механическую прочность, но меньшую объемную емкость, чем гелевые и изопористые.
Они обладают высокой осмотической стабильностью, улучшенной кинетикой обмена, проявляют ситовый эффект. Возможности синтеза органических ионитов поистине безграничны, а синтезируемые иониты можно наделять разнообразнейшими ценнейшими свойствами, имеющими порой уникальное практическое значение.