Wymiana kationowa w środowisku kwaśnym wybranych pierwiastków na powierzchni sorbentów wytworzonych na bazie modyfikowanego węgla brunatnego

• Autorzy: Stempkowska A. , Izak P. , Mastalska-Popławska J.

Identyfikatory

DOI

10.1515/gospo-2017-0002

Warianty tytułu

EN

Selected elements cations exchange in acidic medium on sorbents Surface based on modified brown coal

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania sorpcji i desorpcji wybranych kationów Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Cr³⁺, przez materiały wytworzone na bazie węgla brunatnego. Modyfikacja chemiczna materiału sorbentowego polegała na rozdrobnieniu z udziałem różnych związków nieorganicznych w tym z polimerami organicznymi. Próbki po modyfikacji chemicznej poddano działaniu podwyższonej temperatury przez kilka godzin. W celach porównawczych przeanalizowano także próbki surowego węgla brunatnego bez i po oczyszczeniu, bowiem wyseparowane czyste kwasy huminowe z węgla brunatnego są znane z największej kationowej pojemności wymiennej. Pojemność jonową określano w warunkach statycznych, mierząc różnicę stężenia kationów w sorbacie przed i po sorpcji (etap I), a następnie po przemyciu sorbentu (etap II) wodą destylowaną (A), oraz po procesie desorpcji kwasem solnym (B). Badania wykazały, że sorbenty na bazie zmodyfikowanego węgla brunatnego wykazały dość znaczne pojemności wymienne w granicach od 270−450 meq/100 g, w przypadku etapu pierwszego, i od 90−200 meq/100 g w przypadku etapu drugiego. Stwierdzono także, że najwyższą pojemność wymienną posiada oczyszczony kwas huminowy 450/200 meq/100 g, a najniższą modyfikat węgla brunatnego otrzymany w temperaturze 250°C. Pomiary desorpcji wykazały, że około 10% kationów jest wymywanych przez wodę destylowaną, pozostałość desorbuje się pod wpływem 10% kwasu solnego, jednakże suma kationów jest zgodna z pomiarem etapu drugiego. Powinowactwo sorpcyjne względem poszczególnych kationów jest różne. W przypadku pomiarów różnicy stężeń sorbenty modyfikowane wykazują najwyższe powinowactwo sorpcyjne względem wapnia, natomiast niemodyfikowany surowy węgiel brunatny względem chromu. Badania desorpcji wykazały, że najwyższy wpływ na powinowactwo sorpcyjne ma wartościowość kationu.

EN

Studies on the sorption and desorption of selected Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺ and Cr³⁺ cations by materials based on modified brown coal were carried out. The chemical modification of the sorbent material consisted of grinding involving different inorganic substances and organic polymers. Samples were subjected to chemical modification at elevated temperatures for several hours. For comparative purposes, as apart from brown coal, pure humic acids are known for the highest cations exchange capacity, samples of brown coal before and after purification were also analyzed. The ion capacity was determined under static conditions, measuring the difference in the concentration of cations in the sorbent before and after sorption and then after rinsing the sorbent with distilled water (A), and after the desorption process with hydrochloric acid (B). Studies have shown that sorbents based on modified brown coal have rather significant exchange capacities in the range of 270−450 meq/100 g for the first stage and 90−200 meq/100 g for the second stage. It was also found that purified humic acid (450−200 meq/100 g) has the highest exchange capacity and modified brown coal obtained at 250°C has the lowest. T he measurement of desorption showed that approximately 10% of the cations are already leached by distilled water and the residue is desorbed under the influence of 10% hydrochloric acid, but the total amount of cations is compatible with the measurement process of the second stage. The sorption affinity to various cations is different. In the case of the sorption measurements, modified sorbents show the highest sorption affinity with respect to calcium, while the unmodified raw brown coal with respect to chromium. The next stage of the measurement showed that the valence of the cation has the highest impact on the sorption affinity.

Słowa kluczowe

PL

wymiana kationowa; sorpcja; węgiel brunatny

EN

cation exchange; sorption; brown coal

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 33, z. 1
• Strony: 139--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Stempkowska A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Izak P.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków

autor

Mastalska-Popławska J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków

Bibliografia

• [1] Butuzova i in. 1998 – Butuzova, L ., Krzton, A. i Bazarova, O . 1998. Structure and properties of humic acids obtained from thermo-oxidised brown coal. Fuel Processing Technology 77, 6, s. 581−584.
• [2] Gąszczyk, R . i Paszko, T . 1995. Badanie trwałości połączeń kompleksu sorpcyjnego gleb z Cu, Ni i Zn metodą dynamiczną. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych 418, KGiChR PAN-Warszawa, s. 495−500.
• [3] Gode, F. i Pehlivan, E . 2005. Adsorption of Cr(III) ions by T urkish brown coals. Fuel Processing Technology 86, s. 875−884.
• [4] Izak, P . 2012. Reologia zawiesin ceramicznych. Kraków: Wyd. AGH.
• [5] Karczewska i in. 1996 – Karczewska, A., Chodak, T . i Kaszubkiewicz, J. 1996. The suitability of brown coal as a sorbent for heavy metals in polluted soils. Applied Geochemistry 11, s. 343−346.
• [6] Kwiatkowska i in. 2005 – Kwiatkowska, J., Dębska, B., Maciejewska, A. i Gonet, S. 2005. Brown coal as the factor modifying the properties of soil organic matter. Rocz. Glebozn. 56, s. 31−41.
• [7] Kwiecińska, B. i Wagner, M. 1997. Typizacja cech jakościowych węgla brunatnego z krajowych złóż według kryteriów petrograficznych i chemiczno-technologicznych dla celów dokumentacji geologicznej złóż, oraz obsługi kopalń. Kraków: Wyd. CPP GSMiE PAN.
• [8] Kyzioł, J. 2002. Sorpcja i siła wiązania wybranych jonów metali ciężkich z substancją organiczną (na przykładzie torfów). PAN Zabrze.
• [9] Martyniuk, I. i Więckowska, J. 2003. Adsorption of metal ions on humic acids extracted from brown coals. Fuel Processing Technology 84, s. 23−36.
• [10] Mukarami i in. 2001 – Mukarami, K., Yamanda, T ., Fuda, K. i Matsunaga, T . 2001. Selectivity in cation exchange property of heat-treated brown coals. Fuel 80, s. 599−605.
• [11] Piaskowski, A. 1984. Właściwości sorpcyjne i powierzchnia właściwa polskich gruntów. Badania nad sorpcja błękitu metylowego. Archiwum Hydrotechniki t. XXXI, z. 3.
• [12] Pokojska, U., 1986. Rola próchnicy w kształtowaniu odczynu, własności buforowych i pojemności jonowymiennej gleb leśnych. Roczniki Gleboznawcze t. XXXVII, Warszawa.
• [13] Schmierss, H. i Kopsel, R . 1997. Macromolecular structure of brown coal in relationship to the degradability by microorganisms. Fuel 52, s. 109−14.
• [14] Świderska-Bróż, M. 1992. Interakcja kwasów humusowych z kationami koagulantów oraz wybranymi metalami ciężkimi. Archiwum Ochrony Środowiska.
• [15] Żabiński, W. red. 1991. Sorbenty mineralne Polski. Kraków: Wyd. AGH.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).