astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-3-64-73ast-169Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONВлияние кислотной активации на извлечение ионов марганца из природных и сточных промышленных водThe impact of acid activation on manganese ion extraction from natural water and industrial wastewaterПимневаЛ. А.PimnevaL. A.

Пимнева Людмила Анатольевна, д-р хим. наук, профессор, профессор кафедры строительных материалов

Тюмень

Lyudmila A. Pimneva, Dr. Sci. (Chemistry), Professor, Professor in the Department of Building Materials

Tyumen

pimnevala@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3147-0438ЗагорскаяА. А.ZagorskayaA. A.

Загорская Алла Александровна, старший преподаватель кафедры техносферной безопасности

Тюмень

Alla A. Zagorskaya, Senior Lecturer in the Department of Technosphere Safety

Tyumen

zagorskajaaa@tyuiu.ruЖеребчукЕ. В.ZherebchukE. V.

Жеребчук Елизавета Васильевна, обучающийся

Тюмень

Elizaveta V. Zherebchuk, Student

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202428092024036473Copyright © Пимнева Л.А., Загорская А.А., Жеребчук Е.В., 20242024Пимнева Л.А., Загорская А.А., Жеребчук Е.В.Pimneva L.A., Zagorskaya A.A., Zherebchuk E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/169

Увеличение концентрации марганца характерно не только для пресной воды, но и для сточных вод. Металл попадает в стоки в результате деятельности промышленных предприятий: обогащения марганцевых окисленных руд, производства гальванических элементов и органического синтеза. Соединения марганца являются сильными ядами с выраженными кумулятивными эффектами, которые ведут к блокированию ферментов, угнетению функции щитовидной железы и накапливаются в печени и почках. Для очистки природных и производственных сточных вод от марганца используют сорбционный метод, который позволяет удалить загрязнения до любой остаточной концентрации. Однако для снижения последствий антропогенного воздействия на окружающую среду в условиях роста объемов водопотребления требуется применение новых эффективных материалов. В настоящее время для очистки природной и сточных вод промышленных предприятий стали использовать модифицированные природные глинистые материалы. Авторы исследовали извлечение ионов марганца из водных растворов с помощью модифицированного диатомита. Обработку диатомита осуществляли раствором соляной кислоты для повышения количества поверхностных адсорбционных центров. Химическая модификация глинистых сорбентов увеличивает поровое пространство и удельную поверхность, что способствует возрастанию сорбционной емкости. Полученные экспериментальные результаты показывают увеличение обменной емкости модифицированной Н-формы: 1.45 мг/г в сравнении с нативной формой – 0.63 мг/г. Рассчитаны значения предельной величины сорбции: для нативной формы – 0.58 мг/г, для Н-формы – 1.19 мг/г. Определены оптимальные условия сорбционного извлечения ионов марганца: 15.7 % для нативной формы и 63.2 % для модифицированной Н-формы.

Increased manganese concentration is characteristic not only of fresh water, but also of wastewater. Metal enters wastewater as a result of industrial activities such as manganese oxide ore beneficiation, galvanic cell production, and organic synthesis. Manganese compounds are strong poisons with pronounced cumulative effects. The effect leads to enzyme blockage, thyroid gland suppression, and accumulation in the liver and kidneys. Sorption method is used to remove manganese from natural water and industrial wastewater. This method can remove contaminants to any desired residual concentration. However, to mitigate the consequences of anthropogenic impact on the environment in the context of growing water consumption, the use of new, efficient materials is required. Currently, modified natural clay materials are being used for the purification of natural water and industrial wastewater. The authors investigated the extraction of manganese ions from aqueous solutions using modified diatomite. The diatomite was treated with a hydrochloric acid solution to increase the number of surface adsorption sites. Chemical modification of clay sorbents increases the pore space and specific surface area, which leads to an increase in sorption capacity. The experimental results showed an increase in the exchange capacity of the modified H-form: 1.45 mg/g compared to the native form – 0.63 mg/g. The values of maximum sorption capacity were 0.58 mg/g for the native form and 1.19 mg/g for the H-form. The optimal conditions for the sorption extraction of manganese ions were determined: 15.7 % for the native form and 63.2 % for the modified H-form.

сорбцияприродные сорбентымодификация соляной кислотоймодифицированный диатомитионы марганцамодель адсорбции Ленгмюраизотерма адсорбции Фрейндлихамодель адсорбции Темкинаsorptionnatural sorbentsmodification with hydrochloric acidmodified diatomitemanganese ionsLangmuir adsorption modelFreundlich adsorption isothermTemkin adsorption modelReferencesМедведев И. Ф., Деревягин С. С. Тяжелые металлы в экосистемах. Саратов: Ракурс; 2017. 178 с.Medvedev I. F., Derevyagin S. S. Heavy metals in ecosystems. Saratov: Rakurs; 2017. (In Russ.)Волобуева Е. Е., Пимонова С. А., Булычева О. С. Токсические свойства марганца. Успехи современного естествознания. 2014;6:87.Volobueva E. E., Pimonova S. A. The toxic properties of manganese. Advances in Current Natural Sciences. 2014;6:87. (In Russ.)Назаров В. Д., Назаров М. В., Разумов В. Ю., Дремина М. А., Осипова А. А. Очистка природных вод от железа и марганца. Градостроительство и архитектура. 2017;7(4):54–59. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2017.04.9Nazarov V. D., Nazarov M. V., Razumov V. Yu., Dryomina M. A., Osipova A. A. Purification of natural waters of iron and manganese. Urban Construction and Architecture. 2017;7(4):54–59. (In Russ.) https://doi.org/10.17673/Vestnik.2017.04.9Дзюбо В. В., Алферова Л. И., Васильев В. М. О некоторых особенностях озонированиия подземных вод. Вода и экология: проблемы и решения. 2018;2:10–16. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2018.20.2.10-16Dzyubo V. V., Alferova L. I., Vasiliev V. M. On some features of ozone treatment of ground waters. Water and Ecology. 2018;2:10–16. (In Russ.) https://doi.org/10.23968/2305-3488.2018.20.2.10-16Головко Т. К., Гармаш Е. В., Скугорева С. Г. Тяжелые металлы в окружающей среде и растительных организмах. Вестник института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2008;7:2–7.Golovko T. K., Garmash E. V., Skugoreva S. G. Heavy metals in the environment and plant organisms. Vestnik instituta biologii Komi nauchnogo tsentra Ural'skogo otdeleniya RAN. 2008;7:2–7. (In Russ.)Jean Wilfried Hounfodji, Wilfried G. Kanhounnon, Gaston Kpotin, Guy S. Atohoun, Juliette Laine, Yann Foucaud, Michael Badawi. Molecular insights on the adsorption of some pharmaceutical residues from wastewater on kaolinite surfaces. Chemical Engineering Journal. 2021;407:127176. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127176Jean Wilfried Hounfodji, Wilfried G. Kanhounnon, Gaston Kpotin, Guy S. Atohoun, Juliette Laine, Yann Foucaud, Michael Badawi. Molecular insights on the adsorption of some pharmaceutical residues from wastewater on kaolinite surfaces. Chemical Engineering Journal. 2021;407:127176. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127176Folasegun Anthony Dawodu, Kovo Godfrey Akpomie. Simultaneous adsorption of Ni (II) and Mn(II) ions from aqueous solution unto a Nigerian kaolinite clay. Journal of Materials Research and Technology. 2014;3(2):129– 141. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.03.002Folasegun Anthony Dawodu, Kovo Godfrey Akpomie. Simultaneous adsorption of Ni(II) and Mn(II) ions from aqueous solution unto a Nigerian kaolinite clay. Journal of Materials Research and Technology. 2014;3(2):129– 141. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.03.002Фоменко А. И., Соколов Л. И. Исследование сорбционных свойств болотных руд для извлечения ионов марганца и железа из подземных вод. Журнал прикладной химии. 2019;92(2):257–263. https://doi.org/10.1134/S004446181902018XFomenko A. I., Sokolov L. I. Study of sorption properties of bog ores for extraction of manganese and iron ions from ground water. Russian Journal of Applied Chemistry. 2019;92(2):288–294. https://doi.org/10.1134/S1070427219020186Дударев В. И., Минаева Л. А. Применение углеродных сорбентов для извлечения марганца из растворов. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2024;14(1):35–40. https://doi.org/10.21285/achb.897Dudarev V. I., Minaeva L. A. Use of carbon sorbents to extract manganese from solutions. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2024;14(1):35–40. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/achb.897Падалкин Н. В., Евшин П. Н. Модифицированные сорбенты на основе опоки для очистки вод. Труды Кольского научного центра РАН. 2019;10(1-3):262–269. https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.262-269Padalkin N. V., Evshin P. N. Modified sorbents based on silica clay for water treatment. Transactions of the Kola Science Centre. 2019;10(1-3):262–269. (In Russ.) https://doi.org/10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.262-269Сынбулатова Р. И., Осипова Е. А. Сорбенты для извлечения ионов меди. В сб.: Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции, Оренбург, 26–27 января 2023 г. Оренбург: Оренбургский государственный университет; 2023. С. 4436–4440.Synbulatova R. I., Osipova E. A. Sorbents for copper ion extraction. In: University Campus as a Regional Center of Education, Science, and Culture: Materials of the All-Russian Scientific and Methodical Conference, Orenburg, January 26-27, 2023. Orenburg: Orenburg State University; 2023. P. 4436–4440.Ханхасаева С. Ц., Бадмаева С. В., Ухинова М. В. Синтез Fe-алюмосиликатных материалов на основе монтмориллонита и тестирование их сорбционных свойств. Сорбционные и хроматографические процессы. 2022;22(4):534–544. https://doi.org/10.17308/sorpchrom/2022.22/10609Khankhasaeva S. Ts., Badmaeva S. V., Ukhinova M. V. Synthesis of Fe-containing aluminosilicate materials based on montmorillonite and an assessment of their sorption properties. Sorption and Chromatography Processes. 2022;22(4):534–544. (In Russ.) https://doi.org/10.17308/sorpchrom/2022.22/10609Yurak V., Apakashev R., Dushin A., Usmanov A., Lebzin M., Malyshev A. Testing of natural sorbents for the assessment of heavy metal ions’ adsorption. Applied Sciences. 2021;11(8):3723. https://doi.org/10.3390/app11083723Yurak V., Apakashev R., Dushin A., Usmanov A., Lebzin M., Malyshev A. Testing of natural sorbents for the assessment of heavy metal ions’ adsorption. Applied Sciences. 2021;11(8):3723. https://doi.org/10.3390/app11083723Piri M., Sepehr E., Samadi A., Farhadi K. H., Alizadeh M. Contaminated soil amendment by diatomite: chemical fractionsof zinc, lead, copper and cadmium. International Journal of Environmental Science and Technology. 2021;18:1191–1200. https://doi.org/10.1007/s13762-020-02872-0Piri M., Sepehr E., Samadi A., Farhadi K. H., Alizadeh M. Contaminated soil amendment by diatomite: chemical fractionsof zinc, lead, copper and cadmium. International Journal of Environmental Science and Technology. 2021;18:1191–1200. https://doi.org/10.1007/s13762-020-02872-0Boriskov D., Efremova S., Komarova N., Tikhomirova E., Bodrov A. Applicability of the modified diatomite for treatment of wastewater containing heavy metals. E3S Web of Conferences. 2021;247(7):01052. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202124701052Boriskov D., Efremova S., Komarova N., Tikhomirova E., Bodrov A. Applicability of the modified diatomite for treatment of wastewater containing heavy metals. E3S Web of Conferences. 2021;247(7):01052. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202124701052Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. Москва: Химия; 1970. 360 с.Schwarzenbach G., Flaschka H. Die komplexometrische Titration. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag; 1965. 332 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.