 |
|
|
Сорбируемость свинца на сапропеле, буром угле и выделенных из них гуминовых кислотахАвтор: Чукубаева А.Н. Проблема очистки воды для хозяйственно - питьевых нужд от соединений тяжелых металлов, в частности, от свинца, относящегося к стойким химическим загрязнителям со специфическими токсическими характеристиками, является весьма актуальной природоохранной задачей. В окружающую среду свинец поступает, главным образом, при сжигании бензина (более 50% всего антропогенного выброса свинца), а также при выплавке цветных и черных металлов. Свинец способен накапливаться в почве и растениях, кроме того, он является синергистом и увеличивает токсичность других металлов. При концентрациях свинца выше ПДК (0,1 мг/л) происходит замедление биохимических процессов самоочищения водоемов. Традиционно в технологиях водоподготовки и для доочистки сточных вод до санитарных норм в качестве сорбентов применяют синтетические иониты и активированные угли, что не всегда экономически целесообразно, в связи с их высокой стоимостью и проблемами регенерации. Более перспективным представляется использование дешевых природных сорбентов, в частности, бурых углей, сапропелей и выделенных из них гуминовых кислот (ГК). Изучению способов выделения, структуры, свойств и биологической активности последних в настоящее время уделяется большое внимание, в то время как протекторная функция, заключающаяся в способности ГК связывать в малоподвижные или трудно диссоциирующие соединения токсичных элементов, исследована недостаточно. Целью настоящей работы является изучение сорбиуемости свинца на сапропеле, буром угле и выделенных из них гуминовых кислотах. Определение сорбируемости свинца проводили в статическом режиме при соотношении объема раствора свинца к массе сорбента 50 мл к 0,5 г, варьируя концентрацию свинца от 0,1 до 2 г/дм3. Равновесие сорбции достигалось в течение 0,5 часа. Концентрацию свинца в равновесном растворе после встряхивания с сорбентом (2 часа) и фильтрации определяли атомно-абсорбционным методом на пламенном фотометре Сатурн при рабочей длине волны 283,31 нм. Сапропель и бурый уголь отбирали в соответствии с ГОСТом, сушили на воздухе при комнатной температуре, измельчали в шаровой мельнице. Гуминовые кислоты выделяли из бурого угля или деминерализованного сапропеля по стандартным методикам с выходами 54,9 и 11,2 мас.% (на органическую массу), соответственно, и сушили при температуре 40 0С. Бурый уголь, сапропель и выделенные из них ГК охарактеризованы методом элементного анализа (таблица 1). Технический анализ образцов приведен в таблице 2. Таблица 1. Элементный анализ образцов
Таблица 2. Технический анализ образцов |
Влажность, % Зольность, % Органическое вещество, % Бурый уголь 6,9±0,2 17,9±0,1 75,2±0,2 Сапропель 3,9±0,1 82,8±0,1 13,3±0,1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Элементный анализ и сравнение ИК-спектров (Impact 400 d фирмы NICOLET США) ГК, выделенных из сапропеля и бурого угля (рис. 1, 2, таблица 3) свидетельствуют о близости состава двух образцов гуминовых кислот.
Рис.1. ИК-спектр гуминовых кислот, выделенных из сапропеля
Рис.2. ИК-спектр гуминовых кислот, выделенных из бурого угля
Таблица 3. Соотношение интенсивностей полос для гуминовых кислот
Образец |
ICOOH (1700см-1) |
IOH (3400см-1) |
ICOOH/ IOH |
ГК из сапропеля |
85,297 |
78,142 |
1,09 |
ГК из бурого угля |
86,584 |
85,444 |
1,01 |
Было проведено сравнение изотерм сорбции свинца (рис. 3, 4) и меди в области концентраций тяжелых металлов 0,1-2 г/см3 на четырех сорбентах (таблица 4). Сорбируемость металлов на буром угле и сапропеле выше, чем на выделенных из них ГК. Этот факт указывает на преимущественную сорбцию свинца и меди на минеральной части сапропеля. Изотермы сорбции свинца на сапропеле и на выделенных из него ГК (рис. 3) в изученной области концентраций свинца хорошо описываются в рамках линейной регресии, то есть подчиняются уравнению Генри. Следовательно, при дальнейшем увеличении исходной концентрации свинца можно ожидать дальнейшее увеличение его сорбируемости на данных сорбентах.
Рис. 3. Сравнение изотерм сорбции свинца на сапропеле и выделенных из него ГК
Таблица 4. Сравнение сорбируемости свинца и меди при концентрации металла 1 мг/мл и соотношении объема раствора свинца к массе сорбента 50 см3 /0,5 г.
Сорбент |
Сорбируемость, мэкв/г |
|
Cu2+ |
Pb2+ |
|
Сапропель |
0,80 |
0,96 |
ГК из сапропеля |
0,38 |
0,8 |
Бурый уголь |
1,2 |
0,75 |
ГК из бурого угля |
0,17 |
0,6 |
Рис. 4. Сравнение изотерм сорбции свинца на буром угле и выделенных из него ГК
Сорбируемость свинца на различных сорбентах уменьшается в следующем ряду: сапропель> ГК из сапропеля > бурый уголь> ГК из бурого угля, в то время как сорбируемость меди на исходных буром угле и сапропеле много больше, чем на выделенных из них гуминовых кислотах. Величины сорбированности меди представлены следующим рядом: бурый уголь > сапропель > ГК из сапропеля > ГК из бурого угля. Сорбируемость свинца на всех ГК выше, чем меди, что согласуется с литературными данными [4]. ГК сапропеля сорбируют тяжелые металлы лучше, чем ГК бурого угля, так как последние имеют меньшую зольность.
Величины сорбируемости меди и свинца на изученных природных сорбентах соизмеримы с сорбируемостью металлов на традиционно используемых синтетических катионитах КУ-1 и КУ-2, что позволяет использовать сапропели и бурые угли для доочистки промышленных стоков до санитарных норм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. - М.: Изд-во Моск. ун-та. –1990. -330 с.
2. Гельфман М.И., Тарасова Ю.В., Шевченко Т.В. Адсорбция ионов меди(II), кадмия (II) и свинца на минеральном сорбенте, модифицированном растворами щелочи // Промышленная экология. -2002, № 2, С. 20-25
3. Вязова Н.Г., Крюкова В.Н., Латышев В.П. Сорбционные свойства гуминовых кислот.// Химия твердого топлива, № 6, 1999, С. 47-50.
4. Яркова Т.А. Химическая модификация торфяных гуминовых кислот как метод повышения их комплексообразующих свойств и биологической активности. Автореф… дис. канд. хим. наук. – М., 2006.
5. Трунова И.Г. Закономерности экстракции биологически активных компонентов и ионов тяжелых металлов из твердофазных смесей. Автореф… дис. канд. хим. наук. – Нижний Новгород, 2005.
6. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. – Л., 1982, С. 7-22.
7. Чмутов К.В. Сорбция. – М., 1978. – С. 12-55
