Сорбция и электросорбция неорганических компонентов гидроминерального сырья на углеродных материалах

Целью работы является установление физико-химических закономерностей сорбции и электросорбции ионов щелочных и щелочноземельных металлов, а также соединений бора на активированных углях, разработка научных основ извлечения и концентрирования целевых компонентов из водных растворов. В работе использованы активированные угли каменноугольного (КМ-2, сульфоуголь) и древесного (БАУ, ДАК) происхождения, а также угли, полученные химическим модифицированием активированного угля КМ-2 (ОКМ-2, ФКМ-2). Физико-химические свойства поверхности активированных углей изучали с использованием методов низкотемпературной адсорбции азота, рентгенофазового анализа, конфокальной КР-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, термогравиметрии, ИК спектроскопии, потенциометрического титрования. Изучены физико-химические свойства (текстура, структура, химия поверхности) исследуемых активированных углей (АУ), а также влияние на эти свойства электрохимической обработки. Показано, что поляризация может существенно влиять на поверхностные функциональные группы, создавая новые центры, участвующие в адсорбции ионов. Выявлены закономерности сорбции и электросорбции ионов щелочных и щелочноземельных металлов на различных активированных углях. Обнаружено значительное увеличение сорбционных емкостей поляризованных углей по данным ионам по сравнению с неполяризованными, сопровождающееся сменой механизма их сорбции. Впервые обнаружена аномально высокая сорбционная емкость по ионам Sr2+ активированного угля КМ-2 при анодной поляризации. Установлена возможность эффективного извлечения Li+ из геотермальной воды Берикейского месторождения Республики Дагестан сорбентом, полученным иммобилизацией Al(OH)3 в порах активированного угля ДАК. Для теоретического описания кинетики процессов сорбции и электросорбции неорганических ионов на АУ использованы различные подходы. Показана возможность моделирования кинетики процессов сорбции на АУ смешанно-диффузионной моделью, но при работе с аналитическими выражениями только для линейных изотерм. С помощью формализма интегро-дифференцирования дробного порядка предложено обобщенное уравнение кинетики сорбции, получен новый класс решений, учитывающих эффекты памяти. Предложено теоретическое обоснование формальных кинетических уравнений сорбции в ограниченном объеме. Впервые установлено, что возможность описания экспериментальных данных, полученных в кинетических экспериментах в ограниченном объеме, с использованием моделей псевдо-первого и псевдо-второго порядков не связана с кинетическим механизмом сорбционного процесса. Определены подходы, позволяющие, на основе теоретического анализа применения модели псевдо-второго порядка для описания кинетики сорбции ионов активированными углями, выявить кинетические закономерности, отражающие неоднородность поверхности углей.