МОДИФИКАЦИЯ ВЕРМИКУЛИТА И БЕНТОНИТОВОЙ ГЛИНЫ ХИТОЗАНОМ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИХ В ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрено получение адсорбентов на основе модифицированного вермикулита и бентонита с хитозаном синтезированного из пчелиного подмора для использования очистки сточных вод текстильной промышленности. Изменение адсорбционной емкости показывает, что адсорбция активного анионного красителя на органосорбентах зависит не только от количества катионообменных центров, но и от величин его доступной поверхности.

ABSTRACT

The article considers the production of adsorbents based on modified vermiculite and bentonite with chitosan synthesized from dead bees for the use of wastewater treatment in the textile industry. The change in adsorption capacity shows that the adsorption of an active anionic dye on organosorbents depends not only on the number of cation exchange centers, but also on the size of its available surface.

Ключевые слова: Вермикулит, Бентонит, Хитозан, аминополисахарид, Apis Mellifera,  сточные воды, оргонобентониn

Keywords: Vermiculite, Bentonite, Chitosan, aminopolysaccharide, Apis Mellifera, stochnye water, orgonobentonite.

Вспученный вермикулит обладает выраженными гидрофобными и анионообменными свойствами. Низкий удельный вес является другим важным свойством вспученного вермикулита.

Рисунок 1.  Структурная схема вермикулита

Хитозан является биосовместимым, нетоксичным, биоразлагаемым аминополисахаридом, обладающим антимикробным, сорбционным, антиоксидантным свойствами [1]. Уникальные свойства ХЗ, безусловно, связаны с его молекулярными характеристиками, собственной биологической активностью и способностью образовывать соединения и комплексы с различными химическими веществами [2]. В научно-технической литературе широко освещены способы получения модифицированных минералов бентонитов, для очистки активных красителей [3-4]. Однако, несмотря на это промышленное производство органоминералов в нашей Республике для очистки различных красителей остаётся от требовании производства. Основной причиной которого является отсутствие научно обоснованной приемлемой технологии, обеспечивающей получение органосорбентов высокими характеристиками в качестве адсорбентов. Поэтому научные экспериментальные исследования в этом направлении в двойне актуальны.

Целью исследований является модификация местного вермикулита месторождения Тебинбулок и Навбахорского бентонита производимых в Республике Узбекистан с хитозаном синтезированного из подмора пчёл Apis Mellifera и изучения их физико-химических свойств, а также сорбционных показателей органосорбентов по отношению красителей в сточных водах  текстильных предприятий.

Для исследований были выбраны алюмосиликаты: гидрослюда вспученный Вермикулит (ВВ) месторождения Тебинбулок и бентонитовая глина Навбахорского (Na-НБ) месторождения из области Наваи. В качестве модификатора минералов  использовался реагент – хитозан  Аpis Mellifera (ХЗ) [5] полученный в лаборатории Ташкентского государствнного технического университета. Синтезированный органосорбенты  условно названы ХЗ- Na-НБ и органовермикулит ХЗ-ВВ. в качестве красителя использовали импортный краситель Индиго используемый в производстве “Bukhara cotton” и активный краситель  Reactive dуе -2B используемый в производстве АО «Bukhara Brilliant silk» в Республике Узбекистан.

При модифицировании минералов группы смектита, обладающих расширяющую структурную ячейку с сравнительно большими органическими катионами наблюдается внедрение органических молекул практически во всю внутреннюю поверхность минералов. В результате молекулы среды, т.е. воды адсорбируются в основном на их внешней поверхности [6]. Однако, как показывают результаты исследования возможно адсорбция молекул полярных органических веществ не только на внешней, но и на внутренней поверхности вермикулита и бентонитов с органическими катионами в обменном комплексе. С научной точки зрения замена неорганических обменных катионов глинистых минералов органическими должно приводить  к резкому изменению их физико-химических и сорбционных характеристик [7-8]. Есть данные подтверждающие увеличение адсорбционной емкости модифицированного монтмориллонита по отношению к нефтепродуктам, ароматическим и парафиновым углеводородам. Возросший интерес к органопроизводным глинистых минералов можно объяснить с возможностью их использования в качестве селективных сорбентов [9].

Адсорбционная емкость по отношению красителя Индиго и активного красителя reactive dye 2B производства Турция измерялась по определению оптической плотности на характерной длине волны  с использованием фотоэлектрического калориметра КФК-3М. Активный  анионный краситель 2B,  представляет собой тёмно-синие кристаллы с  блеском.

В лабораторных экспериментах по определения адсорбционной емкости были приготовлены растворы красителя индиго и reactive dye 2B в воде с концентрацией от 1 до 200 мг/л и определялись значения оптических плотностей этих растворов. Для построения калибровочного графика использовались данные об оптических плотностях растворов. В растворы объемом 100 мл были добавлены по 0,05-0,1 г адсорбентов в виде порошка. После установления рН и адсорбционного равновесия (от 6 до 24 часов для отдельных образцов) были измерены оптические плотности растворов и используя данные калибровочного графика устанавливались их концентрации мг/л. Количество адсорбированного красителя определялось по формуле:

где, А – количество адсорбированного красителя мг/г; С₀ и С₁ – исходная и равновесная концентрация красителя в растворе, мг/л; V – объем раствора, л; m – масса адсорбента, г. рН водных растворов измерялись с помощью иономера И160-М. Основной метод исследования кристаллического строения оргоносорбентов является и электронная микродифракция элементный анализ (рис.2).

А)

Б)

В)

Г)

Рисунок.2. Электронно-микроскопический снимок Бентонита и оргонобентонита и вермикулита и Органовермикулита  А) Na-НБ; Б) ХЗ-Na-НБ;  В) модифицированный ВВ;  Г) ХЗ-ВВ

В случае хитозана – полимерного модификатора наблюдается образование ассоциатов толщиной в один слой катионов модификатора, вместо гидратно-ионных слоев наружных поверхностей кристаллов монтмориллонита. Вместе с тем повышение размеров молекул модификатора способствует увеличению степени трехмерного порядка в упаковке силикатных слоев. Под электронным микроскопом видно, что крупные частицы ХЗ-Na-НБ и ХЗ-ВВ в основном обладают прямоугольной формой с размерами около 1 мкм  и их можно использовать для очистки сточнқх вод от красителей. 

Данные предположения полностью согласуется с результатами рентгенофазового анализа. С целью определения количественных характеристик были проведены термогравиметрические исследования. Эффекты на термограммах при интервале температур 350-450ºС указывают на количества поглощённого органического модификатора, т.е. вошедшего в межслоевое пространство, а не оставшегося на поверхности пакетов. Так, важной характеристикой считается величина потери при прокаливании в пределах вышеотмеченных температур. Для анализа были взяты высушенные при температуре 95ºС органоглины, которые содержать минимальные количества молекулярной воды, в связи с чем интенсивность первого термического эффекта должен максимально снизится по отношению к интенсивности исходной глины. Вместе с тем наблюдается образование второго термического эффекта при более высоких температурах, интенсивность которого характеризует количества химически связанного органического вещества. Образование второго термического – экзо эффекта при температуре около 400°С соответствует сгоранию органики.

Таким образом на основе местных сырьевых ресурсов получены высокоэффективные органосорбенты на основе вермикулита, бентонита модифицированного с хитозаном синтезированного из подмора пчёл Apis Mellifera. Выявлено их высокая адсорбционная способность для индиго и активного  красителей.  С целью определения количественных характеристик были проведены термогравиметрические исследования. Расположение эндо- и экзоэффектов, а также изменение массы при термической обработке доказывают снижение интенсивности первого эндоэффекта характеризующей затрату теплоты на разрыв молекулярно-связанной воды.

Изменение адсорбционной емкости показывает, что адсорбция активного анионного красителя на ХЗ-Na-НБ и Хз зависит не только от количества катионообменных центров, но и от величин его доступной поверхности.

Список литературы:

1. Dutta P.K. Ravikumar M.N. Chitin and chitosan for versatile application JMS. Polym.RevC42. 2002y.P.307.
2. Сизых М.Р. Исследование и разработка технологии локальной очистки сточных вод с применением модифицированных минеральных сорбентов: На примере красильно-отделочных производств. Дисс. канд.тех.наук. Санкт-Петербург.  2011 г. 164 с.
3. Ихтиярова Г.A. Очистка текстильных сточных вод от активных красителей модифицированной бентонитовой глиной. //Журнал проблемы текстиля. –Taшкент. 2009. -№2. -С.40-45.
4. Ikhtiyarova G.A. Adsorption  behaviour  of  reactive  dye  onto  modified  bentonite from  aqueous  solutions // International conference 6^th Aegean analytical chemistry days. Turkey. 2008. p.323.
5. Ikhtiyarova G.A.,Ozcan A.A., Ozcan A.S. Characterization of natural- and organobentonite by XRD, SEM, FT-IR and thermal analysis techniques and its adsorption behaviour in aqueous solutions // Journal Clay Minerals, V.47, 2012y. рр.31-44.
6. Ikhtiyarova G.A., Hazratova D.A., Umarov B.N., Seytnazarova O.M. Extraction of chitozan from died honey bee Аpis mellifera // International scientific and technical journal Chemical technology control and management. -Vol. 2020:Iss.2, -№3.-рр.15-20.
7. Hu, Q., Xu, Z., Qiao, S., Haghseresht, F., Wilson, M., and Lu, G.Q., (2007), A novel color removal adsorbent from hetero coagulation of cationic and anionic clays. Journal of colloid and interface science, 308, pp 191-199.
8. Ихтиярова Г.А., Умаров Б.Н, Исомитдинова Д.С. Туробджанов С.М. Очистка сточных вод текстильного предприятия композиций на основе вермикулита и модифицированного хитозана. Журнал Композиционные материалы. -№4. -2021г., -С.116-118
9. Ikhtiyarova G.A., Umarov B.N., Turabdjanov S.M. Очистка текстильных сточных вод вермикулитом модифицированного с хитозаном. // International Journal of innovative research. -V 9. Issue 9., -2021. рр.9780-9786.