Ян Артурович Мурзаханов, аспирант кафедры «Промышленная экология»
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
Yan A. Murzakhanov, Postgraduate Student of the Industrial Ecology Department
46, Kostyukova St., Belgorod, 308012
Жанна Ануаровна Сапронова, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Промышленная экология»
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
Zhanna A. Sapronova, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Industrial Ecology Department
46, Kostyukova St., Belgorod, 308012
Светлана Васильевна Свергузова, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Промышленная экология»
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
Svetlana V. Sverguzova, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Industrial Ecology Department
46, Kostyukova St., Belgorod, 308012
Анастасия Владимировна Святченко, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Промышленная экология»
308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
Anastasia V. Svyatchenko, Cand.Sci. (Eng.), Associate Professor of the Industrial Ecology Department
46, Kostyukova St., Belgorod, 308012
Введение. В условиях нарастающего загрязнения водных ресурсов органическими соединениями, в частности синтетическими красителями, актуальной задачей является разработка эффективных, экономически доступных и экологически безопасных сорбционных материалов. Несмотря на широкое применение активированных углей, глин и органоминеральных композитов, сохраняется необходимость поиска недорогих сорбентов на основе промышленных отходов. Перспективным направлением является использование глинистых шламов, образующихся при регенерации машинных масел, хотя их сорбционные свойства остаются недостаточно изученными. Целью настоящей работы было получение и исследование сорбционных характеристик материала на основе глинистого шламового отхода при удалении метиленового голубого из водных растворов.
Материалы и методы. Сорбционный материал получали путём термической обработки замасленного глинистого шлама при различных температурах с выбором оптимального режима. Пористую структуру исследовали методом низкотемпературной адсорбции азота, применяя модели БЭТ, t-Plot и BJH. Сорбционные свойства оценивали на модельных растворах метиленового голубого фотоколориметрическим методом при длине волны 670 нм. Адсорбционную ёмкость и эффективность очистки рассчитывали стандартными методами, а изотермы сорбции аппроксимировали моделями Ленгмюра, Фрейндлиха и Дубинина-Радушкевича.
Результаты исследования. Установлено, что образец, термообработанный при 400 °C (ГШ400), обладает развитой мезопористой структурой с удельной поверхностью 69,148 м²/г и общим объёмом пор 0,159 см³/г. Средний диаметр пор составляет примерно 4-6 нм, микропоры отсутствуют. Материал демонстрирует высокую активность в адсорбции метиленового голубого, обеспечивая эффективное обесцвечивание растворов с максимальной сорбционной ёмкостью 0,139 ммоль/г (44,8 мг/г). Процесс сорбции наиболее адекватно описывается моделью Ленгмюра (R² = 0,9645), указывая на монослойный характер адсорбции. Рассчитанная энергия адсорбции (9,608 кДж/моль) свидетельствует о преобладании физического механизма взаимодействия.
Обсуждение. Полученные результаты показывают, что высокая сорбционная активность обусловлена формированием мезопористой структуры в процессе термообработки. Преобладание пор диаметром 4-6 нм обеспечивает доступность активной поверхности для молекул красителя, а наличие гистерезиса указывает на вклад капиллярной конденсации в удержание сорбата. Соответствие модели Ленгмюра свидетельствует об относительной однородности активных центров. Установленный физический характер адсорбции указывает на доминирование слабых межмолекулярных взаимодействий.
Заключение. Экспериментально подтверждена возможность эффективного использования термически модифицированного глинистого шламового отхода в качестве сорбента для очистки вод от катионных красителей. Материал ГШ400 обладает высокой сорбционной ёмкостью и обеспечивает эффективное удаление метиленового голубого из водных растворов. Полученные данные свидетельствуют о перспективности применения разработанного сорбента в технологиях водоочистки и подчёркивают целесообразность утилизации промышленных отходов для получения функциональных материалов.
Introduction. In light of the increasing pollution of water resources by organic compounds, particularly synthetic dyes, it is a pressing issue to develop effective, affordable, and environmentally friendly sorption materials. Despite the widespread use of activated carbons, clays, and organomineral composites, there remains a need to find low-cost sorbents based on industrial waste. One promising approach is the use of clay sludge generated during the regeneration of machine oil, but their sorption properties have not been sufficiently studied. The aim of this research was to obtain and characterize the sorption characteristics of a material based on clay sludge waste during the removal of methylene blue from aqueous solutions.
Materials and Methods. The sorption material was obtained by thermal treatment of oily clay sludge at various temperatures, with the optimal mode selected. Pore structure was studied by low-temperature nitrogen adsorption using BET, t-Plot, and BJH models. Sorption properties were evaluated using model methylene blue solutions and photocolorimetry at a wavelength of 670 nm. Adsorption capacity and purification efficiency were calculated using standard methods, and sorption isotherms were approximated using the Langmuir, Freundlich, and Dubinin-Radushkevich models.
Results. It was found that the sample (CS400) heat-treated at 400°C had a developed mesoporous structure with a specific surface area of 69.148 m²/g and a total pore volume of 0.159 cm³/g. The average pore diameter was approximately 4–6 nm, with no micropores present. The material demonstrated high sorption activity for methylene blue, effectively decolorizing solutions. The maximum sorption capacity reached 0.139 mmol/g (44.8 mg/g). The sorption process was best described by the Langmuir model (R² = 0.9645), indicating monolayer nature of adsorption. The calculated sorption energy (9.608 kJ/mol) suggested a predominance of physical interaction.
Discussion. The results obtained demonstrated that the high sorption activity of the material was due to the formation of a mesoporous structure during heat treatment. Pores with a diameter of 4–6 nm were predominant, which ensured accessibility of the active surface to dye molecules. Hysteresis indicated the contribution of capillary condensation to the sorbate retention process. The compliance with the Langmuir model indicated relative homogeneity of active sites. The established physical nature of adsorption suggested the predominance of weak intermolecular interactions.
Conclusion. The feasibility of the effective use of thermally modified clay sludge waste as a sorbent for the purification of water from cationic dyes has been experimentally confirmed. The CS400 material has been shown to have a high sorption capacity, effectively removing methylene blue from aqueous solutions. The obtained results demonstrated the potential of the developed sorbent for use in water treatment technologies and highlighted the feasibility of recycling industrial waste to produce functional materials.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.