Визначення стабільної та обмінної ємності цеолитсодержащих породи Атяшевского прояви

Мордовський державний університет

Інститут фізики і хімії

РЕФЕРАТ

Визначення стабільної та обмінної ємності цеолитсодержащих породи Атяшевского прояви

Виконала:

Дев'яткіна М.В.

Перевірив:

Сєдова А.А.

2009

Введення

Промислова діяльність людини призвела до накопичення в природних об'єктах забруднень за рахунок пилоподібних викидів і стічних вод підприємств.

У сучасних умовах однією з найважливіших проблем є захист навколишнього середовища, зокрема водного басейну, від забруднень шкідливими речовинами і раціональне використання водних ресурсів. Необхідно підвищити ефективність роботи очисних споруд і установок, розширити використання очищених стічних вод в народному господарстві. У зв'язку з цим важливого значення набувають розробка і широке використання замкнутих циклів водопостачання в промисловості і комплексна переробка природних і стічних вод від важких металів і нафтопродуктів.

Справжня робота присвячена вивченню катіннообменних властивостей цеолитсодержащих породи Атяшевского прояви і здатності її до очищення води від нафтопродуктів.

1. Загальні відомості про природні цеолітах

Серед видатних геологічних відкриттів останніх десятиліть стоїть встановлення розповсюдження і найважливіших породоутворюючих ролі природних цеолітів.

Природні цеоліти все більш широко застосовуються в різних галузях промисловості і в сільському господарстві.

Області застосування природних цеолітів обумовлені їх адсорбційними та іонообмінними властивостями, а також термічної, хімічної і механічної стійкістю і особливостями складу.

Як самостійна група природних водних алюмосилікатів лужних і лужноземельних елементів цеоліти були виділені в 50-х роках ХVIП століття, після відкриття стільбіта Кронстедом в 1756 р. Через здібності стільбіта спучуватися при нагріванні в полум'я паяльної трубки він назвав його «цеолітом», що в перекладі з грецької означає «скипають камінь».

З кінця XIX століття стали відомі унікальні іонообмінні та адсорбційні властивості цеолітів. Однак відсутність великих природних скупчень цих мінералів обмежило вироблені науково-дослідні роботи.

В середині ХХ століття швидко розвивається промисловість зумовила бурхливий ріст виробництва штучних цеолітів, які стали застосовуватися головним чином, як адсорбенти і носії каталізаторів в нафтопереробці і нафтохімії. Кількість різних видів синтетичних цеолітів, вироблених у світі, до теперішнього часу обчислюється сотнями.

Вирішальним кроком було відкриття в 50-х роках ХХ століття в Японії, США, а потім і в інших країнах великих промислових родовищ з вмістом цеолітів в породах до 90% і запасами сировини в мільйони тонн.

Цим було покладено початок інтенсивного вивчення, використання і впровадження природних цеолітів в світову економіку.

Природні цеоліти є водними каркасними алюмосиликатами лужних і лужноземельних металів з ​​узагальненої емпіричної формулою M _{x / n} [(AI02) xCSi02) y] * pH20, де М - одновалентні (Na, К, Li) і (або) двовалентні катіони; n - заряд катіона; х / у = 1 - 6; р / х = 1 - 4. У квадратних дужках зазвичай наводиться склад тетраедричну скелета.

Пориста відкрита мікроструктура цеолітів і зумовлює їх унікальні корисні властивості. Зневоднені шляхом нагрівання цеоліти набувають здатність адсорбувати всередину структури молекули різних речовин, які за своїми розмірами не перевищують діаметр пір - вікон. У водному середовищі цеоліти легко обмінюють свої катіони на інші, що знаходяться в розчині. У процесах адсорбції та іонного обміну цеоліти виявляють тенденцію до виборчого поглинання одних іонів або молекул перед іншими (молекулярні сита). Реакційна здатність деяких сорбованих молекул різко і вибірково збільшується, в результаті чого цеоліти виявляють каталітичну активність у багатьох реакціях, що лежать в основі промислових процесів синтезу і переробки.

При зміні зовнішніх умов адсорбовані молекули можуть бути вилучені, а обмінні катіони замінені іншими, в результаті чого цеоліти регенеруються і можуть працювати в багатоциклової режимі. Обробка розчинами кислот, лугів і солей дозволяє модифіковані цеоліти і цілеспрямовано змінювати їх властивості стосовно до рішення тієї чи іншої задачі.

Природні цеоліти (цеолитсодержащих породи) є сировиною багатоцільового використання. Можна виділити 3 основні області їх застосування: промисловість, сільське господарство та охорона навколишнього середовища.

Як встановлено в останнє десятиліття, цеоліти є надзвичайно широко поширеними мінералами при поверхневих частин літосфери до глибини 7.5 км. За поширеністю вони слідують за польового шпату, кварцу, слюди, глинистими мінералами і карбонатами. Цеоліт зустрічаються в асоціації майже з усіма різновидами осадових, вулканогенноосадочних, вулканогенних і інтрузивних порід континентів і океанів, де утворилися в результаті різних екзогенних ендогенних процесів по різному вихідного матеріалу (алюмосилікатні гелям, вулканічному склу, біогенного аморфному кремнезему, польовим шпатам та ін.)

Вивчення іонообмінних рівноваг являє собою одну з основних завдань при характеристиці іонообмінних властивостей цеоліту. При цьому має важливе значення правильна інтерпретація отриманих результатів. У дослідженнях використовувалася найбільш поширена методика розрахунку термодинамічних параметрів обміну. Ця методика заснована на тому, що розподіл обмінних катіонів між твердою фазою і розчином зазвичай підкоряється закону діючих мас з урахуванням кристаллохимических властивостей цеолітів та фізико-хімічних властивостей розчинів. Тому іонообмінне рівновагу між кристалічною фазою і розчином може бути охарактеризоване константою рівноваги оборотної іонообмінної реакцією.

2. Обмінна ємність

Для кількісної характеристики іонообмінних і сорбційних властивостей іонітів застосовують такі величини: повна, динамічна і робоча обмінна ємність.

Повна обмінна ємність (пое) визначається числом функціональних груп, здатних до іонного обміну, в одиниці маси повітряно-сухого або набряклого іоніту і виражається в мг-екв / г або мг-екв / л. Вона є постійною величиною, яку вказують у паспорті ионита, і не залежить від концентрації або природи обмінюється іона. Пое може змінюватися (зменшуватися) через термічного, хімічного або радіаційного впливу. У реальних умовах експлуатації пое зменшується з часом внаслідок старіння матриці ионита, незворотного поглинання іонів-отруйників (органіки, заліза і т. п.), які блокують функціональні групи.

Рівноважна (статична) обмінна ємність залежить від концентрації іонів у воді, рН і відносини обсягів ионита і розчину при вимірах. Необхідна для проведення розрахунків технологічних процесів.

Динамічна обмінна ємність (ДОЕ) - найважливіший показник в процесах водопідготовки. У реальних умовах багаторазового застосування ионита в циклі сорбції-регенерації обмінна ємність використовується не повністю, а лише частково.

Ступінь використання визначається методом регенерації і витратою регенеруючого агента, часом контакту ионита з водою і з регенеруючою агентом, концентрацією солей, рН, конструкцією і гідродинаміки використовуваного апарату. На малюнку показано, що процес очищення води припиняють при певній концентрації лімітує іона, як правило, задовго до повного насичення ионита. Кількість поглинених при цьому іонів, відповідне площі прямокутника А, віднесене до обсягу ионита, і буде ДОЕ.

Кількість поглинених іонів, відповідне повного насичення, коли проскакування дорівнює 1, відповідне сумі ДОЕ і площі заштрихованої фігури над S-подібної кривої, називають повною динамічної обмінної ємністю (ПДОЕ). У типових процесах водопідготовки ДОЕ звичайно не перевищує 0,4-0,7 пое.

Рис. 1 - Порівняння повної динамічної ПДОЕ та динамічної обмінної ємності ДОЕ. Заштрихована площа А відповідає ДОЕ, а вся площа над кривою з урахуванням проскакування солей - ПДОЕ

3. Експериментальна частина

Реагенти та розчини: солі MgCl 2 * 6 H 2 O в дистильованій воді в мірній колбі ємністю 250 см ^З

Розчин 1 нітрату кальцію (0.02М) готували розчиненням навішення (1.18 р.) солі Са (NО3) 2.4 Н20. Після розчинення наважки розчин розбавили в дистильованій воді в мірній колбі ємністю 250 см ^З.

Розчин 2 нітрату кальцію (О.1М) готували розчиненням навішення (5.09г.) Солі Са (NО3) 2.4 Н20. Після розчинення наважки розчин розбавили в дистильованій воді в мірній колбі ємністю 250 см ^З.

Вихідний розчин комплексона III готували з фіксанала. Стандартизацію проводили по сульфату магнію.

Буферні розчини готували з NH 4 Cl "ч.д.а." і NH 4 OH.

Залишкову концентрацію іонів Mg ^{2 +} визначали комплексонометріческі з індикатором еріохромом чорним Т.

Залишкову концентрацію іонів Ca ^{2 +} визначали комплексонометріческі з індикатором мурексиду.

Сорбованих концентрацію знаходили по різниці між початковою і залишкової.

В якості сорбенту використовували цеолитсодержащих породу Атяшевского прояви.

Приготування сорбенту.

ЦСП Атяшевского прояви дробили, просівали, збирали фракції гранул розміром 1 - 2 - 3 мм і просушували в сушильній шафі.

Іонообмінна ємність в статичному режимі. ДО 20 см ^З розчину, що містить іони Ca ^{2 +,} в іншому випадку Mg ^{2 +,} з відомою концентрацією і

певним значенням рН додавали 5.0 г сорбенту, струшували протягом заданого часу і відокремлювали тверду фазу фільтруванням. В

Селективність хелатометріческого титрування щодо кальцію можна підвищити, проводячи визначення в сильнощелочной середовищі (магній фільтраті визначили залишкову концентрацію іонів Ca ^{2 +,} в іншому випадку Mg ^{2 +.} Сорбованих концентрацію знаходили по різниці між початковою і залишкової.

Металлохромного індикатора - мурексиду.

Зміст магнію визначали тітруя суміш в аміачному буферному розчині по індикатору еріохром чорному Т (1), потім визначали вміст кальцію, тітруя розчин при рН> 11 по індикатору мурексиду

ЕДТА, 0.05М розчин; аміачна буферна суміш рН = 9; NaOH, 2М розчин; індикатори - еріохром чорний Т І мурексиду - тверді (суміш з NaCl у відношенні 1: 100).

Методика визначення

1. Пробу аналізованого розчину переносили в колбу для титрування, додавали 10см ³ аміачної буферної суміші (рН 9), 25 см ³ дистильованої води, на кінчику шпателя 30 - 40 мг еріохром чорного Т І переважували систему до повного розчинення індикатора. Розчин придбав вино-червоний колір. Титрування розчином ЕДТА проводили по краплях з бюретки при безперервному перемішуванні до зміни забарвлення в чітко синю.

2. Пробу аналізованого розчину переносили в колбу для титрування, додавали 5 см ³ 2М розчину NaOH, 30 см ³ дистильованої води і на кінчику шпателя 30 мг мурексиду. Розчин придбав червоний колір. Титрування проводили розчином ЕДТА до переходу забарвлення в фіолетове.

Обчислення статистичних умовах по відношенню до іонів кальцію і магнію.

Визначення обмінної ємності по магнію

До 20 см ³ розчину хлориду магнію з молярною концентрацією еквівалента 0.02 моль / л додав і 5,0 г сорбенту, попередньо просушеного при 105 ⁰ С протягом 1 години і струшували протягом заданого часу (0.5 години). В іншому випадку 1 годину і так далі. Після закінчення часу розчин відфільтрували. Брали на аналіз 5 см ³ фільтрату і визначали залишкову концентрацію іонів Mg ^{2 +} комплексонометріческім методом.

2. До 20 см3 розчину хлориду кальцію з молярною концентрацією еквівалента 0, l моль / л додали 5.0 г сорбенту, попередньо просушеного при 1050C протягом 1 години і струшували протягом заданого часу (0.5 години). В іншому випадку 1 годину і так далі. Після закінчення часу розчин відфільтрували. Брали на аналіз 5 см3 фільтрату і визначали залишкову концентрацію іонів Ca2 + комплексонометріческім методом.

Вплив часу контакту ЦСП і розчину CaCl2 • 4Н2О на обмінну ємність ЦСП в статичних умовах.

(С (Са2 +) вих = 0.1 моль / л; mцсп = 5.0 р.)

При збільшенні часу контакту фаз спостерігається збільшення рівноважної концентрації. А після закінчення 3 годин встановлюється динамічне рухлива рівновага.

Література

1. Жданов С.П. Хімія цеолітів / С.П. Жданов, Е.Н. Єгорова. - Л.: Наука, 1968. - 158 с.

2. Челіщев Н.Ф. Цеоліт - новий тип мінеральної сировини / Н.Ф. Челіщев, Б.Г. Беренштейн, В.Ф. Володін. - М.: Недра, 1987. - 176 с.

3. Челіщев Н.Ф. Кінетика іонного обміну лужних і лужноземельних металів на природному кліноптілоліте / Н.Ф. Челіщев, В.Ф. Володін - М.: Геохімія, 1976. - N212 - с. 160.

4. Іонообмінні властивості клиноптилоліту / Н.Ф. Челіщев, Б.Г. Беренштейн, Т.А. Беренштам и др. - Докл. 1973. - Т.210. - N2 5. С.III0-1112.

5. Сунін А.Н. Методичні вказівки до практикуму з кількісного аналізу. / О.М. Сунін, А.А. Сєдова, А.А. Рибкіна. - Саранськ: Вид-во морда. Ун-ту. 1998.

6. Ушакова Н.М., Миколаєва О.Р., Моросанова С.А. Посібник з аналітичної хімії. - М.: Наука, 1974.

7. Золотов Ю.А. Основи аналітичної хімії. Підручник для вузів / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.І. Фадєєва. - 2-е вид., Перераб. і доп. М.: Вища. шк., 2002.