Исследование адсорбционного равновесия в системе ионы аммония–прокаленный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики

Прокаленный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики применен для очистки воды от ионов аммония. Эксперименты проведены в статических условиях при температуре 25±2 °С. Концентрация ионов аммония в растворе измерена спектрофотометрическим методом по установленной градуировочной характеристике, проверенной на сходимость и правильность. Исследование сорбции проведено при дозе сорбента 1,0 г на 50 см³ модельного раствора с учетом удельного порового объема сорбента. Для раствора с содержанием ионов аммония 20 мг/дм³ проведена оптимизация частоты вращения магнитной мешалки от 50 до 500 об/мин, рН раствора от 4 до 9 ед. и времени достижения равновесия от 10 до 210 мин. Время достижения равновесия составило 180 мин. При оптимальных параметрах сорбции исследовано влияние начальной концентрации ионов аммония (2,0; 5,0; 20; 50 и 100 мг/дм³) в растворе на процесс адсорбции. Изучено адсорбционное равновесие в системе ионы аммония–прокаленный сорбент для исходной концентрации ионов аммония от 5 до 300 мг/дм³. Обработка экспериментальных данных проведена на основе изотерм адсорбции Ленгмюра и Фрейндлиха. Максимальная величина адсорбции составила 1,1251 мг/г. Сделан вывод о согласии экспериментальных данных с теорией Ленгмюра. Для описания кинетики адсорбции определены параметры уравнений псевдопервого и псевдовторого порядка. Лучшая сходимость между экспериментальными и расчетными данными достигнута по модели псевдопервого порядка.

1. Ревво А.В., Студенок А.Г., Студенок Г.А. Оценка методов очистки сточных вод от соединений азота для дренажных вод горных предприятий // Известия Уральского государственного горного университета. 2013. N 2. С. 26–30.

2. Кондрашев В.А., Метелица С.Г. Очистка сточных вод биотуалетов вагонов железнодорожных поездов от ионов аммония отдувкой воздухом // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. N 11. С. 34–41. https://doi.org/10.35776/VST.2022.11.04.

3. Gupta V.K., Sadegh H., Yari M., Shahryari Ghoshekandi R., Maazinejad B., Chahardor M. Removal of ammonium ions from wastewater. A short review in development of efficient methods // Global Journal of Environmental Science and Management. 2015. Vol. 1, no. 2. P. 149–158. https://doi.org/10.7508/gjesm.2015.02.007.

4. Zhang L.Y., Zhang H.Y., Guo W., Tian Y.L. Sorption characteristics and mechanisms of ammonium by coal by-products: slag, honeycomb-cinder and coal gangue // International Journal of Environmental Science and Technology. 2013. Vol. 10. P. 1309–1318. https://doi.org/10.1007/s13762-012-0168-x.

5. Горбачева Т.Т., Майоров Д.В. Золошлаки ТЭЦ как сорбент для очистки сточных вод от ионов аммония // Теплоэнергетика. 2022. N 3. С. 72–79. https://doi.org/10.1134/S0040363622030043.

6. Affandi K.A., Bagastyo A.Y., Fitriana A.R. Removal of ammonium and phosphate in the synthetic wastewater using coal fly ash adsorbent // Journal of Environment and Sustainability. 2021. Vol. 5, no. 1. P. 25–34. https://doi.org/10.22515/sustinere.jes.v5i1.129.

7. Tang H., Xu X., Wang B., Lv C., Shi D. Removal of ammonium from swine wastewater using synthesized zeolite from fly ash // Sustainability. 2020. Vol. 12, no. 8. P. 3423. https://doi.org/10.3390/su12083423.

8. Lv P., Meng R., Mao Z., Deng M. Hydrothermal synthesis of sodalite-type N-A-S-H from fly ash to remove ammonium and phosphorus from water // Materials. 2021. Vol. 14, no. 11. P. 2741. https://doi.org/10.3390/ma14112741.

9. Otal E., Vilches L.F., Luna Y., Poblete R., García-Maya J.M., Fernández-Pereira C. Ammonium ion adsorption and settleability improvement achieved in a synthetic zeolite-amended activated sludge // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013. Vol. 21, no. 9. P. 1062–1068. https://doi.org/10.1016/S10049541(13)60566-2.

10. Uğurlu M., Karaoğlu M.H. Adsorption of ammonium from an aqueous solution by fly ash and sepiolite: isotherm, kinetic and thermodynamic analysis // Microporous and Mesoporous Materials. 2011. Vol. 139, no. 1-3. P. 173–178. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2010.10.039.

11. Yuliani G., Liswanti W., Murida R., Mutiara S., Setiabudi A. Adsorption-desorption properties of ammonium ion on zeolite bottom ash in aqueous solution // Proceedings of the 7th Mathematics, Science, and Computer Science Education International Seminar. Bandung, West Java, Indonesia, 2019. https://doi.org/10.4108/eai.12-10-2019.2296462.

12. Yuliani G., Hadirahmanto A.T., Murida R., Setiabudi A. Preparation of zeolite from coal fly ash and its adsorption-desorption behavior on ammonium ion in aqueous solution // Journal of Engineering Science and Technology. 2020. Vol. 15, no. 2. P. 982–990.

13. Juan R., Hernandez S., Andrés J.M., Ruiz C. Ion exchange uptake of ammonium in wastewater from a sewage treatment plant by zeolitic materials from fly ash // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 161, no. 2-3. P. 781–786. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.04.025.

14. Ji X.D., Zhang M.L., Ke Y.Y., Song Y.C. Simultaneous immobilization of ammonium and phosphate from aqueous solution using zeolites synthesized from fly ashes // Water Science & Technology. 2013. Vol. 67, no. 6. P. 1324–1331. https://doi.org/10.2166/wst.2013.690.

15. Wang J., Guo X. Adsorption kinetic models: physical meanings, applications, and solving method // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 390. P. 122156. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122156.

16. Пат. N 2708604, Российская Федерация, B01J 20/30. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от нефтепродуктов / С.А. Бушумов, Т.Г. Короткова; патентообладатель ФГБОУ ВО «КубГТУ». Заявл. 01.07.2019; опубл. 09.12.2019. Бюл. N 34.

17. Bushumov S.A., Korotkova T.G. Determination of physical and chemical properties of the modified sorbent from ash-and-slag waste accumulated on ash dumps by hydraulic ash removal // RASÃYAN Journal of Chemistry. 2020. Vol. 13, no. 3. P. 1619–1626.

18. Короткова Т.Г., Бушумов С.А. Кинетические кривые сорбции нефтепродуктов прокаленным сорбентом из золошлаковых отходов теплоэнергетики // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023. Т. 13. N 1. С. 142–151. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-1-142-151.

19. Runtti H., Sundhararasu E., Pesonen J., Tuomikoski S., Hu T., Lassi U., et al. Removal of ammonium ions from aqueous solutions using alkali-activated analcime as sorbent // ChemEngineering. 2023. Vol. 7, no. 5. https://doi.org/10.3390/chemengineering7010005.

20. Zhao Y., Luan H., Yang B., Li Z., Song M., Li B., et al. Adsorption of low-concentration ammonia nitrogen from water on alkali-modified coal fly ash: characterization and mechanism // Water. 2023. Vol. 15, no. 5. P. 956. https://doi.org/10.3390/w15050956.