МОДИФИКАЦИЯ БЕНТОНИТА С ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

АННОТАЦИЯ

Изучена физико-химические свойства модифицированных образцов Навбахорского бентонита (Навоинское область республики Узбекистан) с оксидами металлов. Установлено, что образцы бентонита обладают высокой сорбционной емкостью по минералогическому и химическому составу и определен возможность очистки производственных сточных вод адсорбцией с использованием этих сорбционных материалов. На основе результатов исследования найдено, что степень очистки катионов из загрязненных водных ресурсов с применением модифицированных в кислотной среде бентонитов с применением оксида алюминия находится в пределах 55,0 % до 93,2 % и анионов 65,0 % до 93,4 % в зависимости от исходного состава, также выявлен снижение количество сухой остатки от 6530 мг/дм³ до 1014 мг/дм³ (на 85 %). Отмечено эффективное выведение ионов Са²⁺ и Mg²⁺ и общая жесткость воды изменилась с 70,6 мг-экв/дм³ до 1,82 мг-экв/дм³ (на 97,6 %).

ABSTRACT

The physicochemical properties of modified samples of Navbahor bentonite (Navoi region of the Republic of Uzbekistan) with metal oxides were studied. It was established that bentonite samples have a high sorption capacity for their mineralogical and chemical composition, and the possibility of purifying industrial wastewater by adsorption using these sorption materials was determined. Based on the results of the study, it was found that the degree of purification of cations from contaminated water resources using acid-modified bentonites using aluminum oxide ranges from 55.0% to 93.2% and anions 65.0% to 93.4%, depending on the initial composition, and a decrease in the amount of dry residues from 6530 mg/dm³ to 1014 mg/dm³ (by 85%). Effective removal of Ca²⁺ and Mg²⁺ ions was noted and the total water hardness changed from 70.6 mg-eq/dm³ to 1.82 mg-eq/dm³ (by 97.6%).

Ключевые слова: Бентонит, модификация, окись алюминия и меди, адсорбция, адсорбционная емкость, сточные воды, эффективность сорбции, степень очистки, удельная поверхность, пористая структура.

Keywords: Bentonite, modification, aluminum and copper oxide, adsorption, adsorption capacity, wastewater, sorption efficiency, degree of purification, specific surface area, porous structure.

Введение. В последние годы в мире в различных отраслях промышленности начали широко использовать разнообразные активированные глиняные адсорбенты, в том числе бентонит и каолин [1-5]. В республике Узбекистан особое внимание уделяется научному обоснования и внедрению оптимальных условий модификации бентонитовых глин и изучению закономерностей влияния чередующихся катионов и анионов на процессы адсорбции [6-8], а также созданию адсорбентов на основе бентонитов, отвечающих экологическим требованиям [9-13].

Методика исследования. Бентонит обладает высокой дисперсностью, большой удельной поверхностью и водопоглошающей способностью. Бентонит химически инертен и его эффективность как сорбента может быть повышена путем модификации. Высокая ионообменная емкость бентонитов позволяет эффективно отделять загрязняющие вещества в процессе водоподготовки.

Для постоянного сохранения стабильности гомогенных свойств адсорбентов в их состав добавляли до 1,0% парафина и госсиполовой смолы. Масса модифицированных каолиновых адсорбентов АКС-30 и АКС-70 составляла от 1,0 до 2,5 г; температуру экспериментов изменяли в интервале 293–393 К; продолжительность контакта фаз в процессе адсорбции — от 5 до 100 мин; скорость перемешивания составлял 50–300 об/мин.

Результаты и их обсуждение. Изучены физико-химические свойства сорбентов полученных на основе бентонита и оксидов металлов (табл.1) и найдено, что эффективность сорбционных композитов бентонита и оксидов металлов напрямую зависит от их удельной поверхности и пористой структуры.

Таблица 1.

Физико-химические свойства образцов композиционного материала АКС-30 и оксидов металлов

При соотношении компонентов бентонит: оксид металлов, например, бентонит: СuO (0,2) объем пор образцов составляет 156,3 см³/гр. и удельная поверхность площади равен 0,393 м²/гр. Полученный адсорбент представляет собой порис-тый материал с средним значением пор r_ср.=25,8А⁰ и его можно отнести к мезопористым материалам.

Температурная зависимость пористости образца Навбахорского бенто-нита приведена на табл.-2.

Таблица 2.

Физико-химические свойства образцов композитов АКС-70 и оксидов металлов

Очистка сточных вод проводились с использованием сорбентов на основе Навбахарского бентонита модифицированных оксидом алюминия (табл.3)

Таблица 3.

Очистка сточных вод сорбентом, полученным на основе Навбахарского бентонита и оксида алюминия (рН=7,0)

При анализе результатов процесса очистки производственных сточных вод с применением модифицированных адсорбентов на основе бентонита с использованием оксидов алюминия определена существенное снижение большинства показателей. На пример при участие модифицированных адсорбенов сухой остаток снизился с 6530 мг/дм³ до 1014 м/дм3 (на 85,0 %) и показатель общей жесткости воды с 70,6 мг-экв/дм³ до 1,82 мг-экв/дм³ (на 97,6 %). Надо отметить, что эти значения показывают о достижение норматива питьевой воды. Кроме этого наблюдался снижение мутности воды. Анализ результатов показывает о существенном снижение содержания катионов, содержащихся в составе сточных вод. Содержание кальция с использованием модифицированных бентонитов в кислой среде, снизилось с 601,2 мг/дм³ до 40,6 мг/дм³ (93,2 %), содержание магния с 484,4 мг/дм³ до 44,9 мг/дм³ (снижение на 91,8 %). Также отмечено снижение содержания анионов, например, ионы сульфата от 2157 мг/дм³ снизился до 143,6 мг/дм³ (на 93,4 %), хлора с 531,7 мг/дм³ до 121,3 мг/дм³ (на 77,2 %) и карбоната с 5,0 мг/дм³ до 1,75 мг/дм³ (на 65,0 %).

При очистке наблюдалась снижение содержания ионов тяжелых металлов, таких как например, меди (II) на 71,8 %, цинка 74,5 %, никеля 54,4 %, кобальта 76,8 % и хрома на 74,3 %.

В процессе очистки производственных сточных вод с применением Навбахорского бентонита модифицированного в присутствии оксида меди при рН=7,0 выявлено изменение эффективности по многим показателям (табл.4).

Таблица 4.

Очистка сточных вод сорбентом, полученным на основе Навбахорского бентонита и оксида меди (рН=7,0).

При этом сухой остаток снизился с 6530 м/дм³ до 1012 мг/дм³ (85,6 %), общая жесткость воды снизился с 70,6 мг-экв/дм³ до 1,588 мг-экв/дм³ (на 98,7 %) и мутность воды на 94,2 %. Из катионов кальций снизился с 601,2 мг/дм³ до 38,4 мг/дм³ (на 94,6%), магний с 484,4 мг/дм³ до 42,5 мг/дм³ (92,2 %). Содержание анионов SO₄^2- c 2157 мг/дм³ до 133,7 мг/дм³ (на 93,8 %), Cl^- снизился с 531,7 мг/дм³ до 119,8 мг/дм³ (78,4 %), CO₃^2- с 5,0 мг/дм³ до 1,71 мг/дм³ (на 66,1 %). Также отмечено снижение содержания ионов калия с 123,61 мг/дм³ до 63,6 мг/дм³ (на 59,4 %), натрия с 528,7 мг/дм³ до 218,5 мг/дм³ (58,7 %), марганца с 1,34 мг/дм³ до 0,921 мг/дм³ (68,7 %), меди с 0,032 мг/дм³ (78,5 %) цинка с 0,034 мг/дм³ до 0,008 (75,4 %), никеля с 0,374 мг/дм³ до 0,194 мг/дм³ (75,4 5), кобальта  с 0,248 мг/дм³ до 0,171 мг/дм³ (69,0 %) и хрома (VI) c 0,072 мг/дм³ до 0,062 мг/дм³ (на 86,2 %).

Заключение. Установлено, что активированные в кислотной среде бентониты Навбахорского месторождения, демонстрируют более высокую эффективность при удалении ионов тяжелых металлов и некоторых анионов из производственных сточных вод по сравнению с термоактивированными ана-логами. Аналогичная тенденция наблюдается при снижение содержания сухой остатки и общей жесткости воды с изменением мутности воды, которые благоприятно содействуют достижению норматива питьевой воды.

Список литературы:

1.  Arena C., Arico G. Chiral heterobidentate pyridine ligands for asymmetric catalysis //Current Organic Chemistry. 2010- V.14, № 6. -P. 546-580.
2.  Graham Solomons T.W. (University of South Florida), Craig B. Fryhle (Pacific Lutheran University), Scott A. Snyder (Columbia University). Organic Chemistry, 2013, -P.1255. 
3. Нуруллаев Ш.П., Рузметов И, Саидмирзаева Д.Б. Сорбционные материалы с использованием роторных шлаков и применение их для очистки воды // Universium: технические науки. - №2 (71), 2020, стр.64-68. 
4. Xandamova D.K., Nurullayev Sh.P., Xandamov D.A., Bekmirzayev A.Sh., Doniyorov S.A. Properties of methanole vapor adsorption in carbonate-polygoskitle navbakhor bentonite // Asian Journal of Multidimensional Research. ISSN: 2278-4853. Vol. 10, Issue 1, January, 2021. Impact Factor: SJIF 2021, –p. 271-276.
5. Ruzmatov I., Nurullaev Sh.P., Saidmirzaeva D.B., et al. The sorbents with using rotory slag and physico-chemical characteristic of the absorption. AIP Conference Proceedings 2432, 050058 (2022), https://doi.org/-10.1063/-5.0090651, 2022 Author (s).
6.  Исмаилов А.А., Маматов А.М., Рузметов И., Нуруллаев Ш.П., Алихонова З.С., Саидмирзаева Д.Б. Композиционный сорбент с магнитными свойствами на основе отходов роторного шлака и древесных волокон // Universum: технические науки. - №3 (120), 2024, стр. 31-36.
7. Исмаилов А.А., Маматов А.М., Нуруллаев Ш.П., Атауллаев Ш.Н., Алихонова З.С. нгибирование процесса  коррозии сталей и образование отложений минеральных солей //  Universum: технические науки. - №3 (120), 2024, стр. 37-43.
8. Усаров О.Б., Хандамова Д.К., Бобоев О.О., Нуруллаев Ш.П., Алихонова З.С. Анализ термической стабильности модифицированных адсорбентов // Сборник статей конференции «Интеграция современных физико-химических методов исследования в науку и производство» (с участием иностранных ученых). Национальный университет Узбекистана, 2025, с. 214-216.
9. Усаров О.Б., Хандамова Д.К., Бобоев О.О., Нуруллаев Ш.П., Алихонова З.С. Анализ термического сопротивления модифицированных адсорбентов // Научно-методический журнал “Вестник ОшГПУ имени А. Мырсабекова”. №2. (26). Т-2, 2025 г., стр. 158-16.
10. Убайдуллаев С.А., Бобоев О.О., Хандамова Д.К., Нуруллаев Ш.П.,  Алихонова З.С. Adsorption of certain anions and cations in water resources using a modified local kaolin sorbent // UNIVERSUM: Химия и биология, - №11 (137), 2025 г., стр. 29-36.
11. Бобоев О.О., Нуруллаев Ш.П. и др. Изотерма и теплота адсорбции паров бензола и толуола модифицированных каолиновых адсорбентов // UNIVERSUM: Химия и биология, - №12 (138), 2025 г., cтр. 68-72.
12. Буриев М.И., Бобоев О.О., Убайдуллаев С.А., Нуруллаев Ш.П., Алихонова З.С. Исследование выделения органических углеводородов и ионов металлов модифицированными адсорбентами // UNIVERSUM: Химия и биология, -№2 (140), 2026 г., стр. 52-57.
13. С.А. Убайдуллаев, М. И. Буриев, Ш. Кузибаев, Ш.П. Нуруллаев, З.С. Алихонова. Модификация каолина с оксидами металлов и применение их для очистки сточных вод// UNIVERSUM: Химия и биология, -№3 (141), 2026 г., cтр. 47-53.