Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов

Исследованa зависимость десорбции катионов Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Feⁿ⁺, Al³⁺ из сапонита Варваровского месторождения Хмельницкой области (Украина) от количества прореагировавшей соляной кислоты при различных солевых фонах в равновесном растворе, варьируемых добавлением хлорида натрия. Определена удель...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Украинский химический журнал
Дата:	2013
Автори:	Дмитренко, Ю.А., Мамченко, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2013
Теми:	Неорганическая и физическая химия
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188031
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов / Ю.А. Дмитренко, А.В. Мамченко // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 9. — С. 20-24. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-188031
record_format	dspace
spelling	Дмитренко, Ю.А. Мамченко, А.В. 2023-02-10T13:31:32Z 2023-02-10T13:31:32Z 2013 Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов / Ю.А. Дмитренко, А.В. Мамченко // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 9. — С. 20-24. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188031 541.181:628.515 Исследованa зависимость десорбции катионов Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Feⁿ⁺, Al³⁺ из сапонита Варваровского месторождения Хмельницкой области (Украина) от количества прореагировавшей соляной кислоты при различных солевых фонах в равновесном растворе, варьируемых добавлением хлорида натрия. Определена удельная обменная емкость сапонита по ОН⁻-группам. Досліджено залежності десорбції катіонів Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Fⁿ⁺, Al³⁺ із сапоніту Вар варівського родовища (Хмельницька область, Україна) в залежності від кількості прореагованої соляної кислоти при різних сольових фонах у рівноважному розчині, що варіювалися додаванням хлоридунатрію. Отримано дані стосовно питомої обмінної ємкості сапоніту по ОН⁻-групам. Dependence Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Feⁿ⁺, Al³⁺ cations desorption from saponite (Ukraine,Varvarovsky deposit of the Khmelnytsk region) of hydrochloricacid amount with different salt content by addingsodium chloride in equilibrium solution was investigated. Saponite specific exchange capacity of OH⁻-groups was determined. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Неорганическая и физическая химия Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов Співставлення сорбції сапонітом соляної кислоти та десорбції обмінних і структуроутворюючих катіонів Comparison of hydrochloric acid sorption by saponite and desorption of exchangeable and structure-forming cations Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов
spellingShingle	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов Дмитренко, Ю.А. Мамченко, А.В. Неорганическая и физическая химия
title_short	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов
title_full	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов
title_fullStr	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов
title_full_unstemmed	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов
title_sort	сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов
author	Дмитренко, Ю.А. Мамченко, А.В.
author_facet	Дмитренко, Ю.А. Мамченко, А.В.
topic	Неорганическая и физическая химия
topic_facet	Неорганическая и физическая химия
publishDate	2013
language	Russian
container_title	Украинский химический журнал
publisher	Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
format	Article
title_alt	Співставлення сорбції сапонітом соляної кислоти та десорбції обмінних і структуроутворюючих катіонів Comparison of hydrochloric acid sorption by saponite and desorption of exchangeable and structure-forming cations
description	Исследованa зависимость десорбции катионов Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Feⁿ⁺, Al³⁺ из сапонита Варваровского месторождения Хмельницкой области (Украина) от количества прореагировавшей соляной кислоты при различных солевых фонах в равновесном растворе, варьируемых добавлением хлорида натрия. Определена удельная обменная емкость сапонита по ОН⁻-группам. Досліджено залежності десорбції катіонів Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Fⁿ⁺, Al³⁺ із сапоніту Вар варівського родовища (Хмельницька область, Україна) в залежності від кількості прореагованої соляної кислоти при різних сольових фонах у рівноважному розчині, що варіювалися додаванням хлоридунатрію. Отримано дані стосовно питомої обмінної ємкості сапоніту по ОН⁻-групам. Dependence Na⁺, K⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Feⁿ⁺, Al³⁺ cations desorption from saponite (Ukraine,Varvarovsky deposit of the Khmelnytsk region) of hydrochloricacid amount with different salt content by addingsodium chloride in equilibrium solution was investigated. Saponite specific exchange capacity of OH⁻-groups was determined.
issn	0041–6045
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/188031
citation_txt	Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов / Ю.А. Дмитренко, А.В. Мамченко // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 9. — С. 20-24. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT dmitrenkoûa sopostavleniesorbciisaponitomsolânoikislotyidesorbciiobmennyhistrukturoobrazuûŝihkationov AT mamčenkoav sopostavleniesorbciisaponitomsolânoikislotyidesorbciiobmennyhistrukturoobrazuûŝihkationov AT dmitrenkoûa spívstavlennâsorbcíísaponítomsolânoíkislotitadesorbcííobmínnihístrukturoutvorûûčihkatíonív AT mamčenkoav spívstavlennâsorbcíísaponítomsolânoíkislotitadesorbcííobmínnihístrukturoutvorûûčihkatíonív AT dmitrenkoûa comparisonofhydrochloricacidsorptionbysaponiteanddesorptionofexchangeableandstructureformingcations AT mamčenkoav comparisonofhydrochloricacidsorptionbysaponiteanddesorptionofexchangeableandstructureformingcations
first_indexed	2025-11-27T07:46:53Z
last_indexed	2025-11-27T07:46:53Z
_version_	1850804095980404736
fulltext	УДК 541.181:628.515 Ю.А.Дмитренко, А.В.Мамченко СОПОСТАВЛЕНИЕ СОРБЦИИ САПОНИТОМ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ И ДЕСОРБЦИИ ОБМЕННЫХ И СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИХ КАТИОНОВ Исследованa зависимость десорбции катионов Na+, K+, Са2+, Mg2+, Fen+, Al3+ из сапонита Варва- ровского месторождения Хмельницкой области (Украина) от количества прореагировавшей соля- ной кислоты при различных солевых фонах в равновесном растворе, варьируемых добавлением хлорида натрия. Определена удельная обменная емкость сапонита по ОН–-группам. ВВЕДЕНИЕ. В работе [1] получены кривые потенциометрического титрования соляной кис- лотой природной руды Варваровского место- рождения, включающей сапонит. Одновремен- но определены величины десорбции катионов Na+, K+, Са2+, Mg2+, Fen+ и Al3+ из минерала. Цель данной работы — сопоставление зави- симости количества десорбированных катио- нов и прореагировавшей соляной кислоты для количественного описания изменений химичес- кого состава минерала. ЭКСПЕРИМЕНТ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬ- ТАТОВ. Расчеты суммарного количества выте- сненных из руды катионов ЕдесΣкат выполне- ны на основании данных, полученных в рабо- те [1] по соотношению: ЕдесΣкат = Vm ∑ Ci , (1) где m — навеска руды в каждом опыте, кг; V — объем равновесного раствора, м3; Сі — концен- трация катионов і-го вида в равновесном ра- створе, моль/м3 в эквивалентах вещества (далее по тексту — экв. в-ва). Методики проведения эксперимента и оп- ределения концентраций компонентов в рас- творе описаны в работе [1]. На рис. 1 представлено сопоставление вели- чин ЕдесΣкат в зависимости от количества про- реагировавшей с сапонитом соляной кислоты ЕНСl при отсутствии солевого фона во внешнем растворе. Видно, что экспериментальные дан- ные подчиняются линейной зависимости, при- чем продолжение кривой 1 пeресекает ось орди- нат в области отрицательных значений ЕдесΣкат. Это указывает на то, что часть соляной кислоты реагирует с рудой сапонита без вытеснения в раствор катионов. Такое явление может быть обусловлено только реакцией соляной кислоты с анионообменными группами сапонита, на- ходящимися в основной ОН–-форме. Предполагая, что вытеснение в раствор ка- тионов и нейтрализация ОН–-групп руды соля- ной кислотой протекают стехиометрически, из уравнения материального баланса в системе мо- жно записать: ЕHCl = ЕдесΣкат + ЕОН− , (2) где ЕОН− — удельная обменная емкость сапони- та по ОН–-группам, моль/кг в экв. в-ва. Если анионообменные ОН–-группы руды сапонита нейтрализуются в первую очередь (до начала вытеснения из руды катионов), зависи- мость ЕдесΣкат от ЕHCl должна быть линейной и отсекать на оси ординат отрезок, численно рав- ный значению ЕОН− . Кроме того, при справедли- вости указанных выше соображений тангенс уг- ла наклона кривой должен быть равен единице. Статистический анализ зависимостей ЕдесΣкат Неорганическая и физическая химия © Ю .А.Дмитренко, А.В.Мамченко , 2013 Рис. 1. Зависимости десорбции из сапонита суммарно- го количества катионов ЕдесΣкат от количества прореа- гировавшей кислоты ЕНCl при солевом фоне хлорида натрия, моль/м3: 0 (1), 10 (2). 20 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 9 от ЕHCl показывает, что экспериментальные дан- ные действительно адекватно аппроксимирую- тся линейной зависимостью y =aх+b, где y = =ЕдесΣкат; х = ЕHCl (табл. 1). Все экспериментальные данные ложатся на единую кривую 1 с большим коэффициентом кор- реляции r2 (рис. 1). Значение критерия Фишера (F) заметно превышает критическую величину (Fк), что свидетельствует об адекватности рег- рессионной модели. Тангенс угла наклона в пре- делах погрешности эксперимента равен едини- це, что соответствует уравнению (2). Продолже- ние кривой (рис. 1) отсекает на оси ординат от- резок с отрицательным значением, что позволя- ет определить величину анионообменной емко- сти ОН–-групп сапонита. Эта величина относи- тельно невелика и равна 0.12 моль/кг руды сапо- нита. Таким образом, использование уравнения (2) позволяет определить величину ЕОН− . При наличии фонового электролита в рас- творе, в качестве которого использовали хлорид натрия, может происходить два процесса пере- вода ОН–-групп руды сапонита в солевую фор- му. В первом процессе, как и в случае проведе- ния экспериментов без применения фонового электролита, ОН–-группы могут превращаться в солевую форму путем их нейтрализации соля- ной кислотой, во втором — если анионообмен- ные группы в ОН–-форме достаточно хорошо диссоциированы, их перевод в солевую форму мо- жет осуществляться Сl–-ионами хлорида натрия без участия кислоты. В связи с этим исследова- ние зависимости ЕдесΣкат от ЕHCl в присутствии солевого фона (хлорида натрия) позволяет су- дить о кислотно-основных свойствах ОН–-групп сапонита. Однако десорбция катионов натрия из сапонита вследствие их малого содержания в обменном комплексе минерала невелика (рис. 2). Как следует из рисунка, десорбция катионов натрия не зависит от количества поглощенной сапонитом соляной кислоты (этот катион де- сорбируется соляной кислотой из обменного комплекса очень легко). При статистической обработке эксперимен- тальных данных по линейному уравнению вы- явлено (табл. 2), что тангенс угла наклона кри- вой 1 (Едес.Na от ЕHCl) (рис. 2) в пределах ошиб- ки определения близок к нулю, а полная обмен- ная емкость руды сапонита по этому катиону со- ставляет 0.004 ± 0.001 моль/кг. Таким образом, даже в области малых значений ЕHCl величина Едес.Na+ пренебрежимо мала по сравнению с де- сорбцией катионов жесткости Едес.ж (Са2++Мg2+) (рис. 3). Поэтому вытеснение ионов натрия из руды сапонита соляной кислотой не может су- Т а б л и ц а 1 Результаты статистической обработки эксперимен- тальных данных, построенных в координатах y = =ЕдесΣкат от x =ЕHCl, по методу наименьших квад- ратов, исходя из линейного уравнения y =ax + b Параметры статистической обработки эксперимента Значения параметров при концентрациях фонового электролита NaCl, моль/м3 0 10 a 0.93 0.95 S a 0.06 0.05 b –0.12 0.05 S b 0.06 0.07 S y 0.09 0.14 r2 0.97 0.98 F 284.38 377.75 df 9 9 Fк 5.117 5.117 П р и м е ч а н и я. a и b — подгоночные коэффициен- ты, вычисленные по методу наименьших квадратов; Sа — стандартная ошибка для оценки а, S b — для оцен- ки b, Sy — стандартная ошибка для оценки у; r2 — ко- эффициент детерминированности; F — критерий Фише- ра; df — степени свободы; Fк — критическое значение. Рис. 2. Зависимости десорбции из сапонита катионов Na+ от количества прореагировавшей кислоты ЕНCl без добавления фонового электролита (1) и катионов К+ в присутствии солевого фона — хлорида натрия 10 моль/м3 (2). ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 9 21 щественно сказаться на значении ЕдесΣкат и кон- центрации хлорида натрия как солевого фона. На рис. 1 представлена зависимость ЕдесΣкат от ЕHCl в присутствии солевого фона — хлорида натрия (10 моль/м3). Как и в системах, где фоно- вый электролит отсутствует, указанная зависи- мость линейна, причем тангенс угла наклона кривой 2 близок к единице. Разброс эксперимен- тальных данных относительно аппроксимирую- щей кривой невелик, о чем свидетельствуют ве- личины r2, F, S y (табл. 1). Отрезок, отсекаемый кривой 2 на оси ординат, в отличие от кривой 1, полученной без добавок солевого фона (хлорид натрия), положителен. Его значение составляет 0.05 моль/кг. Хотя ошибка определения этого па- раметра достаточно велика (табл. 1), получен- ный результат позволяет заключить, что нали- чие катионов натрия в растворе с концентраци- ей не более 10 моль/м3 (характерно для питье- вых вод) не приводит к дополнительной десор- бции катионов жесткости, которая происходит за счет изменения рН (кислотности) равновес- ного раствора. На рис. 3 представлена зависимость Едес.ж от ЕНCl в присутствии солевого фона — хлорида натрия (100 моль/м3). Как и в предыдущих слу- чаях, получена линейная зависимость (кривая 3), однако тангенс ее угла наклона значительно ме- ньше единицы. Ее продолжение отсекает на оси ординат положительное значение, превышаю- щее аналогичную величину для солевого фона 10 моль/м3. Ошибка в определении этого пара- метра сравнительно невелика и позволяет утвер- ждать, что присутствующий в растворе индиф- ферентный электролит не только нейтрализует анионообменные группы руды сапонита, но и вы- тесняет из материала двухзарядные катионы. Это подтверждает и существенное отклонение значе- ния тангенса угла наклона кривой 3 в присут- Неорганическая и физическая химия Т а б л и ц а 2 Результаты статистической обработки эксперимен- тальных данных, построенных в координатах y= =Едес.кат от x =ЕHCl, по методу наименьших квад- ратов, исходя из линейного уравнения y =ax +b Параметры статистическ ой обрабо- тки экспери- мента Значения параметров при концентрациях фонового электролита NaCl, моль/м3 0 (Едес.Na+) 10 (Едес.K +) 10 (Едес.Fen+) 10 (Едес.Al3+) a 0.001 0.00002 0.3 0.27 S a 0.001 0.0002 0.02 0.015 b 0.004 0.007 –0.3 –0.11 S b 0.001 0.0003 0.05 0.03 S y 0.001 0.001 0.05 0.05 r2 0.082 0.001 0.98 0.97 F 0.805 0.011 196.69 312.3 df 9 11 5 8 Fк 5.117 4.844 6.608 5.318 Рис. 3. Зависимости десорбции сапонита катионов жесткости (Са+2 +Мg+2) от количества прореагиро- вавшей кислоты ЕНCl в присутствии солевого фона — хлорида натрия, моль/м3: 0 (1), 10 (2), 100 (3). Т а б л и ц а 3 Pезультаты статистической обработки эксперимен- тальных данных, построенных в координатах y= =Едес.ж от x =ЕHCl, по методу наименьших квадра- тов, исходя из линейного уравнения y =ax +b Параметры статистическо й обработки эксперимента Значения параметров при концентрациях фонового электролита NaCl, моль/м3 0 10 100 a 0.751 0.432 0.38 Sa 0.024 0.055 0.08 b –0.013 0.302 0.97 Sb 0.025 0.092 0.05 Sy 0.037 0.216 0.09 r2 0.991 0.848 0.71 F 987.544 61.459 19 df 9 11 9 Fк 5.117 4.844 5.117 22 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 9 ствии солевого фона — хлорида натрия (100 моль/м3) от единицы (табл. 3). Следовательно, за- метное увеличение солевого фона внешнего ра- створа приводит как к нейтрализации основ- ных групп сапонита, так и к увеличению загряз- нения равновесного раствора десорбирующи- мися катионами жесткости. Ответ на вопрос, какими из катионов жес- ткости преимущественно загрязняется обраба- тываемая вода, содержит рис. 4, на котором пред- ставлены данные о десорбции катионов Са2+ и Mg2+ в зависимости от количества поглощен- ной кислоты ЕНСl. Видно, что тангенс угла на- клона кривой 1 зависимости Екат Са2+ от ЕНСl, меньше, чем тангенс угла наклона для кривой 2 зависимости Екат Mg2+ от ЕНСl (табл. 4). Это подтверждает, что десорбция Са2+ соляной ки- слотой происходит легче, чем Mg2+. Причем ка- тионы Са2+ занимают обменные позиции, а ка- тионы Mg2+ входят как в обменный комплекс, так и в структуру минерала, и за счет этого про- чнее связаны с сапонитом [2–7]. На рис. 5 приведены зависимости Едес.кат от ЕHCl для катионов Fen+ и Al3+, из которых сле- дует, что существенная десорбция этих катио- нов происходит после полной десорбции катио- нов Na+, K+, Ca2+ из руды сапонита (рис. 2, 4). Таким образом, загрязнение питьевой воды эти- ми наиболее опасными для здоровья человека катионами при правильном применении сапо- нита для очистки питьевой воды исключено, по- скольку ранее будут достигнуты предельно до- пустимые значения концентраций ионов жест- кости. С другой стороны, такое обстоятельство значительно упрощает аналитический контроль процесса, поскольку необходим только контроль качества воды в отношении ионов жесткости. ВЫВОДЫ. Полученные результаты в комп- лексе с изложенными в работе [1] позволяют проводить количественные расчеты в отноше- нии загрязнения воды выделенными из сапонита катионами, поскольку дают возможность опре- делить, сколько катионов при данных условиях (рН воды, содержание солей) может поступить в воду из единицы массы сорбента. Рис. 4. Зависимости десорбции из сапонита катионов Са2+ (1) и Мg2+ (2) от количества прореагировавшей кислоты EHCl (кривые обобщены для всех солевых фонов). Т а б л и ц а 4 Результаты статистической обработки эксперимен- тальных данных, построенных в координатах y= =Едес.кат от x =ЕHCl по методу наименьших квад- ратов исходя из линейного уравнения y =ax +b Параметры статистической обработки эксперимента Едес Са2+ Едес Mg2+ a 0.042 0.308 S a 0.042 0.036 b 0.358 0.217 S b 0.062 0.044 S y 0.198 0.168 r2 0.029 0.688 F 0.978 72.88 df 33 33 Fк 4.139 4.139 Рис. 5. Зависимости десорбции из сапонита катио- нов Fen+ (1) и Al3+ (2) от количества прореагирова- вшей кислоты ЕНСl в присутствии солевого фона — хлорида натрия 10 моль/м3. ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 9 23 РЕЗЮМЕ. Досліджено залежності десорбції ка- тіонів Na+, K+, Са2+, Mg2+, Fn+, Al3+ із сапоніту Вар- варівського родовища (Хмельницька область, Укра- їна) в залежності від кількості прореагованої соля- ної кислоти при різних сольових фонах у рівноваж- ному розчині, що варіювалися додаванням хлориду натрію. Отримано дані стосовно питомої обмінної ємкості сапоніту по ОН–-групам. SUMMARY. Dependence Na+, K+, Са2+, Mg2+, Fen+, Al3+ cations desorption from saponite (Ukraine, Varvarovsky deposit of the Khmelnytsk region) of hyd- rochloric acid amount with different salt content by ad- ding sodium chloride in equilibrium solution was inves- tigated. Saponite specific exchange capacity of OH –- groups was determined. ЛИТЕРАТУРА 1. Dmitrenko Y .A ., M amchenko A .V . // J. Water Chem. Technol. -2013. -35, № 1. -P. 29—42. 2. Polyakov V .E., Tarasevich Y u.I . // Ibid. -2012. -34, № 1. -P. 11—16. 3. Поляков В.Е., Тарасевич Ю.И ., Косоруков А .А ., Гри- цык В.Е. // Укр. хим. журн. -2011. -77, № 2. -С. 95—99. 4. Тарасевич Ю.И. Строение и химия поверхности сло- истых силикатов. -Киев: Наук. думка , 1988. 5. Tarasevich Y u.I., Polyakov V.E., Ivanova Z .G., Trifo- nova M .Y . // J. Water Chem. Technol. -2011. -33, № 4. -С. 224—229. 6. Тарасевич Ю .И ., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. -Киев: Наук. думка, 1975. 7. Тарасевич Ю .И . Поверхностные явления на диспер- сных материалах. -Киев: Наук. думка, 2011. Институт коллоидной химии и химии воды Поступила 22.04.2013 им. А.В.Думанского НАН Украины, Киев Неорганическая и физическая химия 24 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 9

Сопоставление сорбции сапонитом соляной кислоты и десорбции обменных и структурообразующих катионов

Репозитарії

Схожі ресурси