Мирошниченко проспект свободный_0x

УДК 544.723.212
СОРБЦИЯ ИОНОВ СВИНЦА Pb2+ НА ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТАХ-ГУМАТАХ
Мирошниченко Ю.С.
Научный руководитель канд. техн. наук Мясоедова Т.Н.
Инженерно-технологическая академия Южного Федерального Университета
Производственные сточные воды имеют сложный состав и всегда содержат
различные ядовитые и токсичные вещества. На сегодняшний день одними из
характерных загрязнителей сточных вод являются тяжелые металлы. Основной вклад в
загрязнение вносят гальванические, травильные производства; химическая,
электронная промышленность; металлургические, машиностроительные заводы.
Сточные воды последних могут содержать хром и медь до 400–500 мг/л [1].
Тяжелые металлы довольно устойчивы. Поступая в водоемы, они включаются
в круговорот веществ и подвергаются различным превращениям. Неорганические
соединения быстро связываются буферной системой воды и переходят в
слаборастворимые гидроокиси, карбонаты, сульфиды и фосфаты, а также образуют
металлорганические комплексы, адсорбируются донными осадками. Эти металлы
способны накапливаться в организмах человека, животных, рыб, вызывая серьезные
заболевания [2]. Таким образом, сброс производственных сточных вод в открытые
водоемы или городские канализационные сети без соответствующей очистки
недопустим.
Для очистки сточных вод, содержащих тяжелые металлы, основными физикохимическими методами значатся ультрафильтрационные, ионообменные, мембранные,
электрохимические, биохимические и сорбционные методы. На сегодняшний день
широко распространенным методом из выше перечисленных является сорбционный
метод. Он весьма эффективен, удобен и прост, а так же может быть и достаточно
дешев, если заменить дорогостоящие широко известные сорбенты, такие как активные
угли, сапропель, на природные сорбенты. Одни из таких природных сорбентов
гуминовые вещества – гуматы (соли гумусовых кислот).
Гуматы получают путем переработки отходов бурого угля (это соответствует
принципам «зеленой химии»), торфа, сапропеля. Основной метод, которым выделяют
гуминовые вещества, — щелочная экстракция растворами аммиака или гидроксидами
калия или натрия. Такая обработка переводит их в водорастворимые соли — гуматы
калия или натрия, обладающие высокой биологической активностью. Метод
практически безотходный, поэтому его широко используют и в России, и за рубежом.
Альтернативный способ предполагает механическое измельчение бурого угля с
твердой щелочью, в результате чего получается твердый, растворимый в воде гумат
калия и натрия [3].
Гуминовые вещества, не смотря на разные источники происхождения, имеют
единый и один из самых сложных принципов строения, превосходя нефти, лигнины и
угли: наличие каркасной части, т.е. ароматического углеродного скелета, замещенного
алкильными и функциональными группами, среди которых преобладают
карбоксильные, гидроксильные и метоксильные, и периферической части, обогащенной
полисахаридными и полипептидными фрагментами. В силу сложности строения,
уникально широк спектр взаимодействий гуминовых веществ, особенно это касается их
наиболее реакционноспособной части - гумусовых кислот (гуматов). Наличие таких
групп как карбоксильная, гидроксильная, карбонильная в сочетание с присутствием
ароматических структур обеспечивает их способностью вступать в ионные, донорноакцепторные и гидрофобные взаимодействия, образовывать водородные связи, активно
участвовать в сорбционных процессах[4].
Степень извлечения,%
В работе изучена возможность ослабления токсического действия ионов
свинца (Pb2+) в водных растворах в присутствии гуминовых веществ. Для реализации
поставленной задачи были использованы гуматы для сухого внесения, производимые
ОАО «Аграрные Технологии» (г. Иркутск). Для постановки экспериментов готовили
растворы Pb(NO3)2 с концентрацией 0,3 г/л (в пересчете на металл). В колбы,
содержащие по 50 мл тестовых растворов, добавляли гуматы для сухого внесения с
концентрациями от 0,4 до 2 г/л. Сорбцию проводили в статических условиях при
перемешивании. После, пробу выдерживали некоторое время при комнатной
температуре. Для осаждения гуматов проводили центрифугирование. Содержание
ионов свинца контролировалось комплексонометрическим титрованием [5].
Степень извлечения металлов рассчитывали по разности исходной и
остаточной концентраций, деленной на исходную концентрацию, после выражение
умножали на 100%. Результаты эксперимента представлены на рис.1.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
78
66
47
30
13
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Концентрация гуматов, г/л
Рис. 1- Зависимость степени извлечения ионов свинца от количества гуматов для
сухого внесения (исходная концентрации свинца - 0,3 г/л, время сорбции 1 час).
В результате проведенной работы установлено, что степень извлечения ионов
свинца зависит от содержания гуматов в пробе. Наибольшая степень извлечения 78 %
достигается при концентрации сорбентов 2 г/л.
Представленные в работе результаты исследования направлены на уменьшение
воздействия неочищенных производственных сточных вод, содержащих тяжелые
металлы, на окружающую среду.
Литература
1. Климов, Е. С. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод / Е. С.
Климов, М. В. Бузаева. – Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 201 с.
2. Тяжелые металлы и их соединения [Электронный ресурс] // Экология справочник.
URL: http://www.cnshb.ru/akdil/0033a/base/k009.shtm (дата обращения 2.03.2015).
3. Перминова И.В., д.х.н. «Гуминовые вещества — вызов химикам XXI века», «Химия
и жизнь» .- 2008.- №1.
4. Пузырева В.М., Демичева Ю.Л. «Гуминовые вещества как природные сорбенты»,
«Известия Тульского Государственного университета. Науки о Земле».- 2010.- № 2.
5. Портал аналитической химии [Электронный ресурс] // URL: http://www.chemicalanalysis.ru/analiz-na-elementy/svinetc/priamoe.html (дата обращения 20.09.2014г).