Improving the effi ciency of using sands as artifi cial geochemical barriers

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The interaction of sands as artifi cial geochemical barriers with nickel chloride solutions simulating technological effl uents is investigated. The eff ect of pre-acid treatment of sands on their ability to absorb nickel (II) ions is considered experimentally. In experiments, sands with diff erent quartz contents have been studied, in which the only impurity element was aluminum oxide in an amount from 1 to 10% (wt.). Pretreatment of sands with 0.1 M hydrochloric acid solution has been carried out for 0.5 hours by stirring a water-sand suspension on a magnetic stirrer. Traditional methods of colloidal chemical research have been used. Under static conditions, a fl ask with a sand suspension (3 g) and a solution has been placed in a special shaker, under dynamic conditions, a solution has been passed through a layer of sand (3 g) in a column. The nickel (II) content in the solutions has been determined by photometric method with dimethylglyoxime. According to the results of adsorption studies, an increase in the maximum adsorption values from 15–20 to 50–56% has been achieved, depending on the type of sand and the quartz content in it. When fi ltering solutions through a layer of sand, the degree of retention of nickel (II) ions on the activated surface of the grains increases. At a fi ltration rate of 1×10-3 dm3/min and the same fi lling height (2.7 ± 0.1 cm), the effi ciency of removing nickel ions from the solution increases. At the same time, an increase in effi ciency by 1–1.5% is typical for sands with high natural indicators of 95–98%. On sands, the natural capacity of which initially does not exceed 65–70%, the increase in effi ciency is more signifi cant and amounts to 5% or more. In general, the increase in effi ciency is proportional to the quartz content, i.e., the treatment of sand grains with hydrochloric acid activates mainly those areas of the surface on which silicon bonds are localized, i.e. siloxane and silanol groupings, which act as adsorption centers.

About the authors

Ariadna А. Yakovleva

Irkutsk National Research Technical University

ORCID iD: 0000-0002-5747-2864
Scopus Author ID: 57210671772
ResearcherId: AAB-1412-2020
83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

Vladimir I. Dudarev

Irkutsk National Research Technical University

ORCID iD: 0009-0001-6477-4422
83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

Thuy Tr. Nguyen

Irkutsk National Research Technical University

83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

References

  1. Яковлева А. А., Нгуен Ч. Т. Пески Вьетнама как объект коллоидно-химических исследований // Проблемы земной цивилизации: сборник трудов I Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск : ИРНИТУ, 2018. С. 22–28.
  2. Yiacoumi S., Chen J. Modeling of metal ion sorption phenomena in environmental systems // Adsorption and its Applications in Industry and Environmental Protection. Studies in Surface Science and Catalysis. 1999. Vol. 120. P. 285–317.
  3. Соколова Т. А., Трофимов С. Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен. Тула : Гриф и К, 2009. 172 с.
  4. Морарь Н. Н., Новосельцева Е. В. Изучение адсорбционных свойств природных глин и песка // Февральские чтения : материалы регион. науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию высш. проф. лесного образования в Республике Коми : науч. электронное издание на компакт-диске. Сыктывкар : Сыктывкарский лесной институт, 2007. C. 163–165.
  5. Никифоров А. Ф., Кутергин А. С., Низамова А. Ф., Фоминых И. М. Сорбция тяжелых цветных металлов из водных растворов зернистыми фильтрующими материалами на основе кремнистых пород // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2018. Т. 2. C. 92–108.
  6. Климов Е. С., Бузаева М. В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. Ульяновск : Изд-во УлГТУ, 2011. 201 с.
  7. Рубановская С. Г., Величко Л. Н. Сорбция ионов тяжелых металлов природными материалами // Известия вузов. Цветная металлургия. 2006. № 4. C. 37–39.
  8. Баюрова Ю. Л., Нестеров Д. П., Корнева Е. А., Светлов А. В., Макаров Д. В., Маслобоев В. А. Искусственные геохимические барьеры для решения экологических и технологических задач // Вестник МГТУ. 2013. Т. 16, № 3. С. 536–541.
  9. Ланина Т. Д., Селиванова Е. С., Донин С. Н. Удаление тяжелых металлов из сточных вод методом сорбции // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2015. № 5. C. 32–36.
  10. Xing S., Zhao M., Ma Z. Removal of heavy metal ions from aqueous solution using red loess as an adsorbent // J. Environ. Sci-China. 2011. Vol. 23, № 9. P. 1497–1502.
  11. Макаров А. В., Синеговская Л. М., Корчевин Н. А. Физико-химические исследования процесса адсорбции ионов тяжелых металлов на модифицированных алюмосиликатах // Вестник ИрГТУ. 2013. T. 73, № 2. C. 147–154.
  12. Venkatesan G., Elangovan G., Bhuvaneswari K. Experimental studies on removal of nickel using foundry sand // Journal of Environmental Biology. 2016. Vol. 37. P. 355–360.
  13. Дударева Г. Н., Иринчинова Н. В., Дударев В. И. Адсорбционное извлечение никеля(II) из водных растворов техногенного характера // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. T. 10, № 1. C. 133–139.
  14. Park J. H., Lee J. K. Weathered Sand of Basalt as a Potential Nickel Adsorbent // Processes. 2020. Vol. 10, № 8. P. 1–11.
  15. Vakili M., Rafatullah M., Yuan J., Haider M. Zwain and ather. Nickel ion removal from aqueous solutions through the adsorption process // Reviews in Chemical Engineering. 2021. Vol. 37, № 6. P. 755–778.
  16. Yadav S., Srivastava V., Banerjee S., Gode F. Studies on the removal of nickel from aqueous solutions using modifi ed riverbed sand // Environ. Sci. Pollut. Res. 2013. Vol. 20, № 1. P. 558–567.
  17. Яковлева А. A., Нгуен Ч. Т. Роль адсорбционных характеристик песков в защите окружающей среды от загрязнения ионами никеля (II) // Сорбционные и хроматографические процессы. 2022. № 2. С. 182–193. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/922
  18. Яковлева А. А., Нгуен Ч. Т. Адсорбционные особенности природных песков по отношению к ионам никеля (II) // Экология и природопользование: сборник трудов междунар. науч.-практ. конф. (Магас, 21–23 октября 2020 г.). Ингушетия, Назрань : ООО «КЕП», 2020. С. 83–88.
  19. Яковлева А. A., Нгуен Ч. Т. Оценка сорбционных качеств прибрежных песков по отношению к эмульгированным нефтепродуктам // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2022. Т. 22, вып. 2. C. 161–169. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2022-22-2-161-169
  20. Программа расчета параметров адсорбции. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021615655 Рос. Федерация / Яковлева А. А., Нгуен Ч. Т. ; правообладатель: ФГБОУ ВО «ИРНИТУ». 2021. 5 c.
  21. Томашпольский Ю. Я. Сегрегационные явления на поверхности кристаллов химических соединений // Журнал физической химии. 2018. T. 92, № 6. C. 871–882.
  22. Цивадзе А. Ю. Структурная самоорганизация в растворах и на границе раздела фаз. М. : Изд-во ЛКИ, 2008. 544 с.
  23. Стрельникова О. Ю., Ходосова Н. А., Бельчинская Л. И. Гранулометрический анализ природных и кислотномодифицированных алюмосиликатных сорбентов // Актуальные проблемы теории и практики гетерогенных катализаторов и адсорбентов : материалы III Всерос. науч. конф. с междунар. участием. Иваново : Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2018. C. 209–211.
  24. Кондрашова А. В. Адсорбция катиона аммония в динамическом режиме // Инновационная наука. 2015. T. 4, № 3. C. 17–18.
  25. Гамбург Ю. Д. Доля поверхностных атомов в наночастицах и критические зародыши новой фазы // Журнал физической химии. 2022. Т. 96, № 1. С. 96–100. https://doi.org/10.31857/S0044453722010101
  26. Долгоносов А. М. Проблемы теории ионного обмена. I. Особенности описания ионообменных сил в классических системах // Журнал физической химии. 2022. Т. 96, № 10. С. 1513–1519. https://doi.org/10.31857/S0044453722100089
  27. Долгоносов А. М. Проблемы теории ионного обмена. II. Селективность ионообменников // Журнал физической химии. 2022. Т. 96, № 11. С. 1659–1667. https://doi.org/10.31857/S0044453722110085
  28. Израелашвили Д. Н. Межмолекулярные и поверхностные силы. М. : Научный мир, 2011. 456 с.
  29. Ролдугин В. И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный : Издательский Дом «Интеллект», 2011. 568 с.
  30. Дроздов А. А., Зломанов В. П., Мазо Г. Н., Спиридонов Ф. М. Неорганическая химия : в 3 т. / под ред. Ю. Д. Третьякова. Т. 3 : Химия переходных элементов. Кн. 2. М. : Академия, 2007. 400 с.
  31. Козлова С. А., Парфенов В. А., Тарасова Л. А., Кирика С. Д. Состояние силанольного покрытия мезоструктурированного силикатного материала МСМ-41 в результате постсинтетической активации // Journal of Siberian Federal University. Chemistry. 2008. Vol. 4, № 1. P. 376–388.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».