Исследования по использованию лузги гречихи для умягчения воды

Представлен краткий обзор научной литературы по основным направлениям исследований в области сорбционного умягчения воды. Рассмотрены наиболее часто применяемые для этих целей материалы как минерального, так и органического происхождения. Отмечено, что перспективным сырьем для производства сорбентов являются различные природные материалы, а также отходы деревообработки и растениеводства. Поскольку в нативном виде они имеют невысокую сорбционную способность, требуется их активация, которую возможно проводить различными методами. Авторами проведены исследования по изучению сорбции солей жесткости (кальция и магния) из водных растворов в статических условиях на нативной и химически модифицированной лузге гречихи в диапазоне концентраций от 2 до 40 мг-экв/дм3. В качестве модификаторов использована соляная и ортофосфорная кислоты, а также гидроксид натрия. Изучение кинетики сорбции показало, что равновесие в системе достигается достаточно быстро – в течение 5 мин от начала сорбции. Также изучена возможность максимального извлечения жесткости из водных растворов. Установлено, что лучшие сорбционые свойства относительно солей жесткости проявляет лузга гречихи, модифицированная гидроксидом натрия, максимальное значение сорбционной емкости для которой составляет 2,4 мг-экв/дм3. Вместе с тем отмечено, что химическая модификация незначительно увеличивает сорбционную емкость лузги: для нативной она составила 2,0 мг-экв/дм3. Для всех типов полученных материалов построены изотермы сорбции жесткости в диапазоне исследуемых концентраций и отмечено, что данные изотермы относятся к типу S4 по классификации Гильса. Проведена математическая обработка по моделям сорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, БЭТ и Дубинина – Радушкевича. Выявлено, что процесс сорбции катионов кальция и магния с наибольшей вероятностью описывается уравнением Фрейндлиха.

умягчение воды, сорбция, сорбционная емкость, лузга гречихи

1. Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Морщинина И.В. Закономерности сорбции катионов Са(II) и Мg(II) концентратом глауконита ГБМТО // Сорбционные и хроматографические процессы. 2014. Т. 14. N 2. C. 286–295.

2. Вигдорович В.И., Есина М.Н., Шель Н.В., Цыганкова Л.Е., Попова А.Н. Сорбция катионов кальция и магния глауконитом из проточных хлоридных растворов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т. 16. N 4. С. 533–543.

3. Сомин В.А., Куртукова Л.В., Комарова Л.Ф. Умягчение подземных вод с использованием нового сорбента на основе бентонито-вых глин // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. N 1. С. 30–33.

4. Мосталыгина Л.В., Елизарова С.Н., Тихонова А.Ю., Костин А.В. Регуляция концентрации ионов кальция и магния природным сорбентом бентонитовой глиной // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 2. N 1 (4). С. 1042–1045.

5. Сомин В.А., Бетц С.А., Комарова Л.Ф. Использование сорбентов на основе природного сырья для очистки фенолсодержащих вод // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20. N 12. С. 14–17. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2016-12-14-17

6. Шилина А.С., Бахтин В.Д., Бурухин С.Б., Асхадуллин С.Р. Сорбция катионов тяжелых металлов и радионуклидов из водных сред новым синтетическим цеолитоподобным сорбентом // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2017. N 1. С. 116–126. https://doi.org/10.26583/npe.2017.1.11

7. Wang B., Li F., Yang P., Yang Y., Hu J., Wei J., et al. In Situ Synthesis of Diatomite-Carbon Nanotube Composite Adsorbent and Its Adsorption Characteristics for Phenolic Compounds // Journal of Chemical and Engineering Data. 2019. Vol. 64. Issue 1. P. 360–371. https://doi.org/10.1021/acs.lced.8b00874

8. Ahsan A., Jabbari V., Islam M.T., Turley R.S., Dominguez N., Kim H., et al. Sustainable synthesis and remarkable adsorption capacity of MOF/graphene oxide and MOF/CNT based hybrid nanocomposites for the removal of Bisphenol A from water // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 673. P. 306–317. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.219

9. Смятская Ю.А, Политаева Н.А., Шайхиев И.Г., Свергузова С.В., Композиционные сорбционные материалы для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Вестник технологического университета. 2018. Т. 21. N 2. С. 215–219.

10. Смятская Ю.А., Фазуллина А.А., Политаева Н.А., Жажков В.В., Павлушкина Ю.Е., Долбня И.В. Использование и утилизация сорбентов хитозан – остаточная биомасса микроводорослей Chlorella Sorokiniana // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. N 9. С. 18–23. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-9-18-23

11. Шаймарданова А.Ш., Степанова С.В., Шайхиев И.Г. Исследование возможности многократного использования листового опада в качестве сорбционного материала по отношению к ионам железа // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 2. С. 164–172. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-2-164-172

12. Yuvaraja G., Munagapati V.S., Naushad M., Abburi K. Removal of Ni(II) from aqueous solution by Lycopersicum esculentum (Tomato) leaf powder as a low-cost biosorbent // Desalination and Water Treatment. 2015. Vol. 54. Issue 1. P. 200–208. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.880160

13. Yuvaraja G., Krishnaiah N., Subbaiah M.V., Krishnaiah A. Biosorption of Pb(II) from aqueous solution by Solanum melongena leaf powder as a low-cost biosorbent prepared from agricultural waste // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. Vol. 114. P. 75–81. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.09.039

14. Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Применение серосодержащего сорбента на основе лигнина для извлечения ртути из водных растворов // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 3. С. 169–177. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-3-169-177

15. Асламова В.С., Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Руссавская Н.В. Регрессионный анализ закономерностей извлечения ионов цинка и кадмия из водных растворов серосодержащим сорбентом на основе лигнина // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 174–183. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183

16. Камалова Н.А., Галимова Р.З., Шайхиев И.Г., Садыкова С.В., Гречина А.С. Cорбция ионов меди и никеля иголками Larix Sibirica // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 19 C. 121–124.

17. Jeon C., Solis K.L., An H-R., Hong Y., Igalavithana A.D., Ok Y.S. Sustainable removal of Hg(II) by sulfur-modified pine-needle biochar // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 388. 122048. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122048

18. Xu Y., Su Q., Shen H., Xu G. Physicochemical and sorption characteristics of poplar seed fiber as a natural oil sorbent // Textile Research Journal. 2019. Vol. 89. Issue 19-20. P. 4186–4194. https://doi.org/10.1177/0040517519829001

19. Adekola F.A., Hodonou D.S.S., Adegoke H.I. Thermodynamic and kinetic studies of biosorption of iron and manganese from aqueous medium using rice husk ash // Applied Water Science. 2016. Vol. 6. Issue 4. P. 319–330. https://doi.org/10.1007/s13201-014-0227-1

20. Pena J., Villot A., Gerente C. Pyrolysis chars and physically activated carbons prepared from buckwheat husks for catalytic purification of syngas // Biomass and Bioenergy. 2020. Vol. 132. 105435. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.105435

21. Politaeva N., Smyatskaya Y., Safonova E., Barsukova N. Influence of wheat husk modification on sorption properties of heavy metal ions // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 288 (1). 012023. https://doi.org/10.1088/1755-1315/288/1/012023

22. Cheng L., Sun L., Xue W., Zeng Z., Li S. Adsorption equilibrium and kinetics of Pb(II) from aqueous solution by modified walnut shell // Environmental Progress and Sustainable Energy. 2016. Vol. 35. Issue 6. P. 1724–1731. https://doi.org/10.1002/ep.12424

23. Sahibzada K.I., Saeed A., Kalim I., Iqbal M. Ion-exchange mechanism in biosorption of Pb2+ ions from contaminated water by banana stalk waste // Environmental Engineering and Management Journal. 2016. Vol. 15. Issue 12. P. 2741–2751.

24. Kibami D. Kinetics and adsorption studies of lead (Ii) onto activated carbon using low cost adsorbents // Global NEST Journal. 2018. Vol. 20. Issue 2. P. 381–388. https://doi.org/10.30955/gnj.002532

25. Yang F., Li W., Liu C., Wang M., Li Q., Sun Y. Impact of total carbon/sulfate on methane production and sulfate removal from co-digestion of sulfate-containing wastewater and corn stalk // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 243. P. 411–418. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.04.129

26. Erdem M., Duran H., Şahin M., Ozdemir I. Kinetics, thermodynamics, and isotherms studies of Cd(II) adsorption onto grape stalk // Desalination and Water Treatment. 2015. Vol. 54. Issue 12. P. 3348–3357. https://doi.org/10.1080/19443994.2014.907753

27. Ali A., Saeed K., Mabood F. Removal of chromium (VI) from aqueous medium using chemically modified banana peels as efficient low-cost adsorbent // Alexandria Engineering Journal (AEJ). 2016. Vol. 55. Issue 3. P. 2933–2942. https://doi.org/10.1016/j.aej.2016.05.011

28. Abedi M., Salmani M.H., Mozaffari S.A. Adsorption of Cd ions from aqueous solutions by iron modified pomegranate peel carbons: kinetic and thermodynamic studies // International Journal of Environmental Science and Technology. 2016. Vol. 13. Issue 8. P. 2045–2056. https://doi.org/10.1007/s13762-016-1002-7

29. Yarusova S.B., Gordienko P.S., Panasenko A.E., Barinov N.N., Zemnukhova L.A. Sorption Properties of Sodium and Potassium Aluminosilicates from Alkaline Hydrolyzates of Rice Straw // Russian Journal of Physical Chemistry. 2019. Vol. 93. Issue 2. P. 333–337. https://doi.org/10.1134/S003602441902033X

30. Chen J., Yang P., Song D., Yang S., Zhou L., Han L., Lai B. Biosorption of Cr(VI) by carbonized Eupatorium adenophorum and Buckwheat straw: thermodynamics and mechanism // Frontiers of Environmental Science and Engineering. 2014. Vol. 8. Issue 6. P. 960–966. https://doi.org/10.1007/s11783-013-0612-2

31. Song D, Pan K, Tariq A, Li Z, Xiong Q. Adsorptive removal of toxic chromium from wastewater using wheat straw and Eupatorium adenophorum // PLoS ONE. 2016. Vol. 11. Issue 12. e0167037. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167037

32. Li Y., Tsend N., Li T., Liu H., Yang R., Gai X., et al. Microwave assisted hydrothermal preparation of rice straw hydrochars for adsorption of organics and heavy metals // Bioresource Technology. 2019. Vol. 273. P. 136–143. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.10.056

33. Somin V.A., Komarova L.F., Kutalova A.V. Protection of water objects against pollution with the use of sunflower growing waste // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 408. P. 012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012038

34. Сомин В.А., Бетц С.А., Комарова Л.Ф. Использование отходов растениеводства при очистке воды от фенола // Вода: химия и экология. 2016. N 4 (94). С. 48–53.