Применение адсорбента на основе золошлаковых отходов предприятий теплоэнергетики для удаления ионов аммония

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Экспериментально исследовано термодинамическое равновесие физической сорбции в системе ионы аммония–сорбент серии модельных растворов с содержанием ионов аммония 5, 20, 30, 50, 100, 200 и 300 мг·дм–3 при дозе сорбента в количестве 5 г на 50 см3 модельного раствора. В качестве сорбента исследованы золошлаковые отходы предприятий теплоэнергетики, высушенные и прокаленные при 600°С в течение 30 мин. Обработка экспериментальных данных проведена на основе двухпараметрических изотерм адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, Темкина, Еловича и трехпараметрических изотерм адсорбции Редлиха–Петерсона и Ленгмюра–Фрейндлиха. Константы изотерм адсорбции определены методом линеаризации. Наиболее адекватное описание между равновесными значениями величины адсорбции и концентрацией ионов аммония в растворе после сорбции получено по изотерме Темкина. Проведено сравнение экспериментальных данных и расчетных значений коэффициента распределения Kd (константы фазового равновесия). Установлено, что расчетная кривая по изотерме Темкина имеет максимум при малых концентрациях адсорбтива в растворе, выявленный экспериментально. Сделан вывод, что прокаленный сорбент характеризуется мономолекулярной адсорбцией. Определены оптимальные соотношения между начальной концентрацией ионов аммония в растворе и массой адсорбента для максимального извлечения поллютанта.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Т. Г. Короткова

Кубанский государственный технологический университет

Author for correspondence.
Email: korotkova1964@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9278-871X
SPIN-code: 3212-7120
Scopus Author ID: 56195415000
ResearcherId: AAQ-3126-2021

д.т.н., доцент, проф.

Russian Federation, 350072, г. Краснодар, ул. Московская, д. 2

A. М. Заколюкина

Кубанский государственный технологический университет

Email: korotkova1964@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9879-531X
Scopus Author ID: 57208885358
Russian Federation, 350072, г. Краснодар, ул. Московская, д. 2

С. А. Бушумов

Кубанский государственный технологический университет

Email: korotkova1964@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7227-0614
SPIN-code: 9871-2551
Scopus Author ID: 57192814144
Russian Federation, 350072, г. Краснодар, ул. Московская, д. 2

References

  1. Грузинов В. М., Дьяков Н. Н., Мезенцева И. В., Мальченко Ю. А., Жохова Н. В., Коршенко А. Н. Источники загрязнения прибрежных вод Севастопольского района // Океанология. 2019. Т. 59. № 4. С. 579–590. https://doi.org/10.31857/S0030-1574594579-590
  2. Ашихмина Т. Я., Скугорева С. Г., Адамович Т. А., Товстик Е. В. Оценка состояния поверхностных вод объектов в районе полигона захоронения ядохимикатов // Теорет. и прикл. экология. 2021. № 1. С. 104–111. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-1-104-111 [Ashikhmina T. YA., Skugoreva S. G., Adamovich T. A., Tovstik E. V. Assessment of the state of surface water bodies in the area of the landfill for pesticides // Theoret. Appl. Ecology. 2021. N 1. P. 104–111. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-1-104-111].
  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 J. of Environmental Science and Management (GJESM). 2015. V. 1. N 2. Р. 149–158. https://doi.org/10.7508/gjesm.2015.02.007
  4. Seruga P., Krzywonos M., Pyżanowska J., Urbanowska A., Pawlak-Kruczek H., Niedźwiecki Ł. Removal of ammonia from the municipal waste treatment effluents using natural minerals // Molecules. 2019. V. 24. P. 3633. https://doi.org/10.3390/molecules24203633
  5. Kotowska U., Włodarczyk T., Witkowska-Walczak B., Baranowski P., Sławiński C. Wastewater purification by muck soil and willow (salix americana) // Polish J. Environ. Stud. 2009. V. 18. N 2. P. 305–312. https://www.researchgate.net/publication/286112350
  6. Myllymäki P., Pesonen J., Nurmesniemi E.-T., Romar H., Tynjälä P., Hu T., Lassi U. The use of industrial waste materials for the simultaneous removal of ammonium nitrogen and phosphate from the anaerobic digestion reject water // Waste and Biomass Valorization. 2020. V. 11. P. 4013–4024. https://doi.org/10.1007/s12649-019-00724-8
  7. Grace M. A., Clifford E., Healy M. G. The potential for the use of waste products from a variety of sectors in water treatment processes // J. Cleaner Prod. 2016. V. 137. P. 788–802.
  8. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.07.113
  9. Федорова Н. В., Шафорост Д. А., Кривобок Е. А. О возможности использования золошлаковых отходов угольных электростанций Ростовской области в качестве углеродсодержащих сорбентов // Экология пром. пр-ва. 2016. № 1 (93).С. 20–24. https://www.elibrary.ru/waahob
  10. Черенцова А. А. Эколого-технологическая оценка состава и свойств золошлаковых отходов на примере Хабаровской ТЭЦ-3 // Вестн. Тамбов. ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки. 2014. Т. 19. № 5. С. 1733–1736. https://www.elibrary.ru/smocax
  11. Хантургаева Г. И., Ширеторова В. Г. Утилизация летучей золы энергетических углей // Актуальные вопросы безопасности в техносфере. Материалы 7-й Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 50-летию ВСГУТУ (25–30 июня 2012 г.). ВСГУТУ. Улан-Удэ, 2013. С. 29–33. https://lib.esstu.ru/cgi-bin/irbis64r_123/cgiirbis_64.exe?LNG=&P21DBN=KONF&I21DBN=KONF_PRINT&S21FMT=fullw_print&C21COM=F&Z21MFN=482
  12. Косарев А. С., Смолий В. А., Скориков А. В. Оценка возможности использования золошлаковых отходов теплоэнергетики при производстве гранулированного пористого заполнителя для легких бетонов и теплоизоляционных засыпок // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Техн. науки. 2018. № 4. С. 111–117. http://dx.doi.org/10.17213/0321-2653-2018-4-111-117
  13. Korotkova T. G., Bushumov S. A., Ksandopulo S. Yu., Istoshina N. Yu. Determination of the hazard class of ash-and-slag from a thermal power plant accumulated on ash dumps under the scheme hydraulic ash removal // Int. J. Mechanical Eng. Technol. (IJMET). 2018. V. 9. N 10. P. 715–723. https://www.elibrary.ru/yloqpr
  14. 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 J. Chem. 2020. V. 13. N 3. P. 1619–1626. https://doi.org/10.31788/RJC.2020.1335454
  15. Короткова Т. Г., Заколюкина А. М., Бушумов С. А. Исследование адсорбционного равновесия в системе ионы аммония–прокаленный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики // Изв. вузов. Прикл. химия и биотехнология. 2023. Т. 13. № 2. С. 291–303. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-2-291-303
  16. Taherian M., Maleki A., Zolghadri S., Yousefnia H., Shiri-Yekta Z., Sarfi S., Aghayan H., Momenzadeh S. Distribution coefficient of nickel on alluvium soil of anarak nuclear repository in iran // J. Nuclear Research and Applications. 2022. V. 2. N 3. P. 34–41. https://doi.org/10.24200/jon.2022.1025
  17. Boopathy R., Karthikeyan S., Mandal A. B., Sekaran G. Adsorption of ammonium ion by coconut shell-activated carbon from aqueous solution: Kinetic, isotherm, and thermodynamic studies // Environ. Sci. Pollution Research. 2012. V. 20. N 1. P. 533–542. https://doi.org/10.1007/s11356-012-0911-3
  18. 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 // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2013. V. 10. N 6. P. 1309–1318. https://doi.org/10.1007/s13762-012-0168-x
  19. Runtti H., Sundhararasu E., Pesonen J., Tuomikoski S., Hu T., Lassi U., Kangas T. Removal of ammonium ions from aqueous solutions using alkali-activated analcime as sorbent // Chem Eng. 2023. V. 7. N 1. Article 5. https://doi.org/10.3390/chemengineering7010005
  20. Zhao Y., Luan H., Yang B., Li Z., Song M., Li B., Tang X. Adsorption of low-concentration ammonia nitrogen from water on alkali-modified coal fly ash: Characterization and mechanism // Water. 2023. V. 15. N 5. Article 956. https://doi.org/10.3390/w15050956
  21. Hamdaoui O., Naffrechoux E. Modeling of adsorption isotherms of phenol and chlorophenols onto granular activated carbon. Part I. Two-parameter models and equations allowing determination of thermodynamic parameters // J. Hazard. Mater. 2007. V. 147. N 1–2. P. 381–394. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.01.021
  22. 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 Sci. Technol. 2013. V. 67. N 6. P. 1324–1331. https://doi.org/10.2166/wst.2013.690
  23. Musah M., Azeh Y., Mathew J. T., Umar M. T., Abdulhamid Z., Muhammad A. I. Adsorption kinetics and isotherm models: A review // Caliphate J. Sci. Technol (CaJoST). 2022. N 1. P. 20–26. https://dx.doi.org/10.4314/cajost.v4i1.3
  24. Benmessaoud A., Nibou D., Mekatel El Hadj, Amokrane S. A comparative study of the linear and non-linear methods for determination of the optimum equilibrium isotherm for adsorption of Pb2+ ions onto Algerian treated clay // Iranian J. Chem. Chem. Eng. 2020. V. 39. N 4. P. 153–171. https://doi.org/10.30492/ijcce.2019.35116
  25. Olasehinde E. F., Abegunde S. M., Adebayo M. A. Adsorption isotherms, kinetics and thermodynamic studies of methylene blue dye removal using Raphia taedigera seed activated carbon // Caspian J. Environ. Sci. 2020. V. 18. N 4. P. 329–344. https://doi.org/10.22124/cjes.2020.4279
  26. Кинякин В. Н., Милевская Ю. С. Некоторые предостережения по проверке качества модели регрессии с помощью коэффициента детерминации // Вестн. Москов. ун-та МВД России. 2014. № 8. С. 200–204. https://www.elibrary.ru/smcdrr
  27. Короткова Т. Г., Бушумов С. А. Статическая сорбция нефтепродуктов сорбентом из золошлаковых отходов теплоэнергетики // Хим. технология. 2023. Т. 24. № 11. С. 423–431 https://doi.org/10.21285/2227-2925-2023-13-2-291-303

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Comparison of experimental and calculated data on the sorption isotherms of Langmuir, Freundlich, Temkin and Elovich (lines – calculated data).

Download (93KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Comparison of experimental and calculated data on the dependence of the distribution coefficient Kd on the initial concentration c0 of ammonium ions in solution using two-parameter adsorption isotherms (lines are calculated data).

Download (86KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Comparison of experimental and calculated data for the Redlich-Peterson isotherm (lines – calculated data).

Download (83KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Comparison of experimental and calculated data for the Langmuir–Freundlich isotherm (lines – calculated data).

Download (82KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparison of experimental and calculated data on the dependence of the distribution coefficient Kd on the initial concentration c0 of ammonium ions in solution using three-parameter adsorption isotherms (lines are calculated data).

Download (70KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences