реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Сорбируемость меди на бурых углях, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах

Сорбируемость меди на бурых углях, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах

Министерство образования и науки Российской Федерации

Научно-образовательный центр

«ЭКОБИОТЕХНОЛОГИЯ»

Тульский государственный университет









КУРСОВАЯ РАБОТА ПО аналитической химии


Сорбируемость меди на бурых углях, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах



Студент группы 430441 _____________ Агеева Е.Д

                                         (подпись, дата)

Руководитель работы

_____________ к.х.н., с.н.с. Рогова Т.В

 (подпись, дата)

Научный консультант ______________ к.б.н. Пунтус И.Ф

                                      (подпись, дата)

Заведующий кафедрой _____________ Алфёров В.А.

                                      (подпись, дата)


Тула, 2006г.

1. Введение


Проблема очистки воды для хозяйственно - питьевых нужд от токсикантов, в частности, от соединений тяжелых металлов, является весьма актуальной природоохранной проблемой в Тульском регионе, в котором сосредоточено множество крупных промышленных предприятий.

Из литературных источников известно, что в качестве сорбентов могут служить практически все мелкодисперсные твердые вещества, обладающие развитой поверхностью – бурые угли, сапропели, горелая порода шахтных выработок и другие. Изучению таких природных сорбентов, как сапропели, бурый уголь и гуминовые кислоты уделяется большое внимание. Множество научных работ посвящены изучению способов выделения, структуры и свойств гуминовых кислот, а также изучение их биологической активности. Были выявлены и сформулированы функции данных веществ, одна из которых, протекторная, играет важную экологическую роль, заключающуюся в способности гумусовых кислот связывать в малоподвижные или труднодиссоциирующие соединения токсичных элементов и не давать проникать токсикантам в торф, растения и т.п.

Целью работы является изучение сорбируемости меди на буром угле, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах и минеральном сорбенте на основе горелой породы.


2. Литературный обзор

 

2.1 Сорбция меди на различных сорбентах

 

2.1.1 Сравнение сорбируемости меди на синтетических катионитах и анионитах

Содержание меди в промышленных стоках даже после проведения реагентной очистки превышает предельно допустимую концентрацию на 2-5 порядков. В связи с этим остро стоит проблема доочистки этих стоков до санитарных норм, традиционно решаемая с использованием ионитов.

В реальных растворах, полученных на установке реагентной очистки Ефремовского завода СК после проведения реагентной очистки натриевой щелочью присутствуют ионы меди (10 - 2000 мг/дм3), натрия (7 - 24 г/дм3), ацетат-ионы (0,5-3,5 моль/дм3) и аммиак (1-10 г/дм3). Для оптимизации процесса доочистки стоков до санитарных норм была исследована сорбируемость меди в динамическом и статическом режимах на синтетических сульфокатионитах КУ-1, КУ-2-8, КУ-2-20 (в Н- и Na-форме) и анионитах АВ-16Г, АВ-17-8, ЭДЭ-10П (в ОН- и Сl-форме).

Сравнение сорбируемости меди на катионитах в динамических условиях показало, что максимальные ее значения 2-4 мэкв/г (при концентрации меди в исходном растворе 2 г/дм3), сохраняющиеся при регенерации, имеют сильнокислотные катиониты КУ-2-8 и КУ-1 в Н-форме. Они проявляют высокую селективность к ионам меди даже в присутствии значительных концентраций катионов - натрия, вступающих в конкурирующее равновесие ионного обмена наряду с катионами меди (при мольных отношениях Na/Cu не превышающих 25). Показано, что при увеличении степени сшивки при переходе от КУ-2-8 к КУ-2-20, а также переходе от Н-формы к Na-форме катионитов сорбируемость меди значительно уменьшается.

Сорбируемость меди в динамических условиях на анионитах увеличивается по ряду : АВ-17-8< ЭДЭ-10П <АВ-16Г и для АВ –16Г достигает величин 3 и 4 мэкв/г (для солевой и ОН- форм соответственно), сопоставимых с сорбируемостью меди на катионитах КУ-2-8 и КУ-1. Исследование регенерации отработанных анионитов при обработке их раствором щелочи показали, что медь десорбируется лишь в незначительной степени, что объясняется образования прочных комплексов меди с функциональными группами, в частности этилендиаминными, входящими в состав анионитов. Величины сорбируемости меди из реальных стоков для всех ионитов оказываются значительно ниже значений приводимых в литературе для модельных растворов, содержащих только ионы меди, за счет протекания конкурирующего ионого обмена с катионами натрия или ацетат-ионами, а также процессов комплексообразования меди с аммиаком и ацетат-ионами.


2.1.2 Сорбируемость меди на природных сорбентах: сапропелях, гуминовых кислотах, буром угле, опилках

Исследование состава и свойств бурых углей, сапропелей и торфов, а также выделенных из них гуминовых кислот привлекает большое внимание в связи с возможностями применения их в сельском хозяйстве, животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве, ветеринарии, медицине и других отраслях. Имеющиеся в литературе данные касаются, прежде всего, способов выделения, состава и физико-химических свойств гуминовых кислот различного происхождения, в то время как их сорбционным и ионообменным свойствам посвящены лишь немногочисленные публикации.

Гуминовые кислоты, выделенные из Белгородского сапропеля сорбируют медь даже несколько хуже, чем исходный сапропель (сорбируемость составляет 3,0-3,2 и 3,6 мэкв/г соответственно при соотношении объема раствора к массе сорбента равном 600 см3/г и концентрации меди в исходном растворе 1мг/мл). Это доказывает, что в процессе сорбции меди участвуют активные центры, находящиеся как органической, так и в минеральной части сапропеля. Об этом свидетельствует и тот факт, что на минеральном сорбенте - горелых шахтных породах (при полном отсутствии органической массы) величины сорбции меди оказывались соизмеримыми со значениями сорбируемости на сапропелях и гуминовых кислотах.

В порядке уменьшения сорбируемости меди из сульфатных растворов с рН=4,5 сорбенты можно расположить в ряд: опилки > бурый уголь > сапропель  горелая шахтная порода. Интересно сравнить его с полученным нами ранее [4,5] в статических условиях рядом сорбции меди из растворов с рН=12, моделирующих медьсодержащие жидкие отходы производства синтетического каучука и содержащих наряду с медью также аммиак, ионы натрия и ацетат-ионы: активированный уголь > горелая шахтная порода  природный цеолит клиноптилолит > бурый уголь > опилки. Очевидно, что изменение условий сорбции (наличие в растворе аммиака и ацетат-ионов, образующих прочные комплексы с медью, а также переход из кислой среды в щелочную) приводят не только к изменению значений сорбируемости, но и меняют очередность сорбентов в ряду.

Таким образом, исследование сорбируемости меди на бурых углях и сапропелях указывает на возможность их применения до доочистки медьсодержащих промышленных стоков до санитарных норм. [1].

Сорбция меди возможна на многих природных твердых материалах, обладающих мелкодисперсной структурой и высокоразвитой поверхностью. Эффективными является применение активных углей разных марок. Окисление (чаще всего HNO3) за счет образования на их поверхности функциональных групп.

Активные угли имеют сравнительно низкую себестоимость по сравнению с ионитами. Они отличаются сильно пористой развитой структурой. Удельная поверхность пор достигает 1000-1800 м3/г для микропор размером 1-2 нм, для пор переходного размера (5-50 нм) - 100 м3/г, для микропор (>100 нм) - 1 м3/г. [2].

Путем последовательного метилирования карбоксильных и фенольных групп окисленного угля СКТ было найдено, что в поглощении, например, ионов кальция, свинца и меди принимают участие как карбоксильные, так и фенольные группы. После метилирования окисленного угля метилсульфатом его емкость уменьшилась на 25%, а метилирование метанолом привело к ее снижению на 75%, можно сделать вывод, что уголь, из которого последовательно связаны карбоксильные и фенольные группы. [3].

Находят применение бурые угли, как измельченные до определенной фракции, так и отделенные флотационным методом.

Измельченные до 0,1- 0,5 мм бурые и ископаемые угли, как правило, имеют окисленную углеродную поверхность и сорбируют медь после промывки 1-10 %-ным раствором кислоты, водной промывки и сушки. При кислотной обработке карбонизата, полученного обугливанием растений также может быть получен сорбент для тяжелых металлов. [4].

Наиболее перспективными твердыми поглотителями являются минеральные адсорбенты, на основе которых можно получать как очень дешевые адсорбенты одноразового действия, так и более дорогие поглотители с высокой механической прочностью, развитой пористой структурой и определенной химией поверхности. Интерес к модифицированным минеральным сорбентам вызван их специфическими свойствами: неорганический носитель придает сорбенту такие свойства, как высокая скорость установления равновесия (в случае микропористых сорбентов), химическая устойчивость к агрессивным средам, механическая прочность; модификатор обеспечивает селективность и полноту связывания ионов.

Существуют литературные данные об исследовании по модификации микропористого алюмосиликатного материала на основе горелой породы с использованием растворов гидроксида калия. [5].

В качестве носителя для получения модифицированного сорбента была использована горелая порода месторождения “Дальние Горы” г. Киселевска, имеющая следующий состав, %: SiO2 – 68,2; Al2O3 - 21,5; Fe2O3 - 4,7; остальное - 5,6 и образующаяся в результате пожара вызванного самовозгоранием угольных терриконов. [6].

Сорбцию меди, кадмия и свинца изучали в статических условиях из растворов их солей с концентрацией 103М. Количество сорбированных ионов рассчитывали по формуле:


, мг/мл


С целью перевода испытуемого сорбента в модифицированную форму, позволяющую повысить емкость природного образца, горелую породу обрабатывали растворами щелочи, затем отмывали дистиллированной водой до нейтрального значения pH и проводили сорбцию металлов при нормальных условиях. В процессе модификации значения pH варьировались от 8 до 14. Эксперимент проводили при температуре 20С и в интервале концентраций от 10-3 до 3,110-5М. В результате исследования были получены следующие результаты:

 

Результаты сорбируемости меди, свинца и кадмия Таблица1

Сорбируемый Металл

Количество сорбированных ионов,А, мг/мл

Немодиф.

Модиф.

Медь

10,4

14,2

Свинец

32,6

45,5

Кадмий

17,94

19,95


По мнению авторов, изученные сорбенты (модифицированная и немодифицированная) порода обладают значительной сорбционной емкостью, что позволяет использовать эти материалы в технологии для доочистки воды. [6].


2.2. Гуминовые кислоты

 

2.2.1 Методы извлечения и структура гуминовых кислот

 

2.2.1.1 Гуминовые кислоты сапропелей

ГК сапропелей — вещества, извлекаемые растворами щелочей, представляют большой интерес в научном и практическом плане. Содержание гуминовых веществ изменяется в пределах 17-62%, причем они более чем наполовину состоят их гуминовых кислот. ГК сапропелей отличаются от торфяных и угольных даже по внешним признакам, поэтому некоторые исследователи называют их "белым гумусом". В составе сапропелевых ГК больше водорода и азота, что связано с особенностями исходного биологического материала, обогащенного белковыми и жировыми веществами. Аминокислоты входят как непременный компонент во все гуминовые и фульвокислоты. Аминокислота, непосредственно связанная с фенольными кольцом, не отщепляются при гидролизе при обычных условиях, что говорит о структурной роли аминокислот в построении гуминовых веществ. Другой источник азота – порфирины. Их особенность – содержание пятичленных пиррольных циклов, которые могут участвовать в гумификации. Сочетанием химических и инструментальных методов исследования было показано, что гуминовые кислоты сапропелей, в отличие от ГК почв, торфов и углей, представлены в основном гидролизуемым полипептидно-углеводным комплексом (16 аминокислот и 5 углеводов (в сочетании с соединениями жирного ряда при малом количестве простых ароматических единиц.

Гуминовые кислоты сапропелей – это смесь кислых веществ биохимического превращения исходной биомассы водоема, представляющую собой группу природных аморфных поликарбоновых кислот с разнообразным содержанием полифункциональных групп (аминовых, амидных, карбоксильных, карбонильных, фенольных гидроксилов), растворимых, в основном, в щелочных растворах и выпадающих в осадок при подкислении раствора (до рН=1) минеральными кислотами из-за угнетения диссоциации слабых органических кислот. Гуматы (соли ГК) щелочных металлов растворимы в воде, гуматы остальных металлов нерастворимы. ГК термически нестойки, в термическом интервале 100-200 0С они декарбоксилируются и теряют растворимость. Удельная поверхность ГК примерно 900 м2/г, что сравнимо с удельной поверхностью активированного угля. При высушивании – это аморфный (или псевдокристалический) порошок темно-коричневого или черного цвета. В связи с высоким содержанием алифатических структур молекулы ГК очень гидролизованы и удерживают при растворении большое количество (от 14 до 20 г/г) связанной воды, вследствие чего уже при конденсации 3-4% ГК в растворе система представляет собой пасту. С увеличением концентрации ГК стабильность раствора сохраняется при повышении реакции среды (рН) с 3,0 для 1%-ного раствора, 6,0 – для 2% раствора, 7,0 – для 3% - ного. При понижении рН растворы приобретают вид коллойдных систем. В кислой среде вместе с гуминовыми кислотами выпадают в осадок и гиматомелановые кислоты (ГМК). Они растворяются при обработке осадка этанолом, образуя вишнево-красный раствор. Долгое время гиматомелановые кислоты включали в группу ГК. Сейчас имеется достаточно информации для выделения ГМК в особую группу. Тем не менее, информация о ГМК сапропелей в литературе отсутствует. В работах Орлова можно найти информацию о ГМК почв. Все ГМК почв обеднены углеродом по сравнению с ГК. Это связано с повышенной долей водорода в молекулах ГМК.

Для изучения структурных особенностей ГК широко используются методы деструкции, по характеру воздействия подразделяющиеся на две группы: методы гидролиза, затрагивающие периферийную часть молекулы, и методы жесткой деструкции, разрушающие ядро. Выявлено,[8] что содержание растворимой фракции при гидролизе ГК 2%-ным раствором НС1 составляет 25-54% на 0В и является более высоким для ГС сапропелей слабопроточных водоемов с преобладанием водорослевых остатков. В гидролизатах идентифицированы моносахариды (глюкоза и галактоза) и дисахариды (сахароза, мальтоза и лактоза), а также 15 аминокислот.

ГК сапропелей характеризуются высокой зольностью, основу которой составляет кремнезем. Впрочем, кремний может входить и в состав органоминерального комплекса ГК, хотя главная часть SiO2, по-видимому, соизвлекается щелочным раствором вместе с ГК. Минеральные компоненты ГК представлены алюминатами, силикатами, высокодисперсными легкопептизируемыми глинистыми минералами.

Для ГК сапропелей характерно взаимодействие с железом, кальцием, микроэлементами. Выявлен обменный характер связи кальция, магния и ряда микроэлементов с ГК. Доказаны две формы связи железа (ковалентная, ионная); при этом основная часть Fе (50-60%) и Са (50-70%) связана с высокомолекулярной фракцией ГК.

ГК склонны к образованию соединений с некоторыми минералами сапропелей (каолинитом и монтмориллонитом) адсорбционных соединений с карбонатами, в частности, с кальцитом и арагонитом, ингибируя тем самым процесс их осаждения. При этом важную роль при взаимодействии ОВ с поверхностью карбоната играют аминокислоты. На поверхности частиц СаСОз преимущественно адсорбируются лишь ГК и ФК, обогащенные дикарбоновыми кислотами (аспарагиновой и глутаминовой), тогда как на поверхности других минералов — кварца, глин — адсорбируются ГВ, содержащие аминокислоты основного характера (глицин, аланин).[7].

 

2.2.1.2 Гуминовые кислоты бурых углей

Исследование состава и свойств гуминовых кислот бурых углей и торфов приобретает все большее значение в связи с широким их применением в ряде отраслей народного хозяйства. Образец гуминовых кислот был приготовлен по стандартной методике из угля Хандинского месторождения с содержанием гуминовых кислот 52%. Метод приготовления ГК заключается в предварительной деминерализации пробы угля 5%-ным раствором НСl отмывке ее от ионов хлора и дальнейшей обработке угля 1%-ным NaOH, отделение твердой фазы и в последующей обработке раствором НСl (5%) для выделения свободных ГК в твердую фазу, повторном промывании ГК от ионов хлора и высушивании до постоянного веса.

Перед постановкой опытов образец ГК вывдерживали в термостате при 60 градусах в течение 1,5-2 ч.для удаления влаги. Опыты проводили в колбах (100мл) с притертой пробкой.Отношение адсорбента к раствору адсорбата составляло 1:25. По истечению заданного времени адсорбент отделяли от раствора фильтрованием через фильтр с синей лентой. В фильтрате определяли остаточную концентрацию металла атомно-абсорбционным методм. Проведенные исследования показали, что ионное равновесие наступает через 3 ч контакта фаз. В результате адсорбци понижается величина рН раствора вследсвтие обмена ионов металла с водородом карбоксильной группы.Адсорбция ионов металлов на ГК в сернокислой среде протекает несколько лучше, чем в солянокислой. [10].

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.