Определение кинетических зависимостей сорбции ионов меди и свинца породами Белгородской области

А.И. Везенцев, Л.Ф. Голдовская-Перистая, Н.А. Сиднина, Е.В. Добродомова, Е.С. Зеленцова

Белгородский государственный университет

Введение

В сложной и многоплановой картине взаимодействия человеческого общества и природы особое место занимают вопросы антропогенного нарушения химического состава природных сред и в первую очередь гидросферы. Этот процесс, прямо связанный с гигантским прогрессом во многих областях человеческой деятельности (промышленной, сельскохозяйственной, транспортной и многих других), принял, как известно, глобальный характер.

Антропогенный вклад в распространение и миграцию многих веществ в биосфере стал соизмерим с природными миграционными потоками этих веществ. Возникло загрязнение, отдельные компоненты которого до недавнего времени вообще отсутствовали в природе (хлор- и фосфорорганические токсиканты, искусственные радионуклиды и др.).

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами - одним из наиболее интенсивных поллютантов - всегда потенциально опасно из-за внедрения тяжелых

Из литературных источников известно, что для очистки природных сред, в частности гидросферы, от тяжелых металлов применяются различные методы: механические, физикохимические, химические, электрохимические и биологические.

Один из физико-химических способов тонкой очистки воды - сорбция. Доступными адсорбентами являются цеолиты и глинистые минералы [1]. Глины обладают высокой адсорбционной способностью, и их успешно применяют для очистки масел, красок, вин, отбеливания тканей, а также как естественные экологические барьеры для борьбы с распространением техногенных загрязнений [2, 3, 4]. Эта работа в определенной степени продолжает ранее выполненное исследование сорбции ионов меди и свинца глиной Купинского месторождения Шебекинского района.

Методы исследования

В настоящей работе в качестве сорбентов использовали образцы глины киевской свиты Сергиевского месторождения Губкинского района, различные по вещественному составу и свойствам: К-7-05 (средний слой) и К-7-05 ЮЗ (нижний слой). Верхним слоем считали плодородный слой почвы.

Сорбцию проводили при постоянной температуре (20 °С) в статических условиях из модельных растворов солей с концентрацией ионов металла 5 мг/л. Продолжительность сорбции составляла 15,30,45,60,75,90и 105минут(ставили 7 параллельных опытов). Сорбент (глину) брали в количестве 1, 3 и 5 г на 50 мл раствора соли соответствующего металла.

Концентрацию ионов металлаопределяли вфильтрате(послесорбции) фотоэлектроколориметрическим методом по стандартной методике с использованием прибора КФК-3-01. Определение меди проводили с диэтилдитиокарбаматом натрия, а свинца - с сульфарсазеном [5].

Результаты и их обсуждение

Кинетические кривые сорбции представлены на рис. 1-4.

Анализ рис. 1 показывает, что испытание глины К-7-05 (взятой в количестве 1, 3 и 5 г) в качестве сорбента ионов меди позволяет значительно снижать их концентрацию. Эффект сорбции ионов меди с разными количествами сорбента практически одинаков. При использовании 1 г глины уже за первые 15минут концентрация ионов медиснижается с 5 мг/л до 0,82 мг/л, т.е. в 6 раз. В дальнейшемскорость очисткиуменьшаетсяи через75 минут

концентрация ионов меди в растворе перестает изменяться, достигнув значения 0,27 мг/л. За указанное время концентрация ионов меди уменьшилась более чем в 18 раз, степень очистки составила почти 95% .

Рис. 1. Кинетические кривые сорбции ионов Cu(II) из 50 мл модельного раствора глиной К-7-05

Рис. 2. Кинетические кривые сорбции ионов Pb(II) из 50 мл модельного раствора глиной К-7-05

Использование 1 г этой же глины (рис. 2) в качестве сорбента ионов свинца дает менее ощутимый результат. За 15 минут концентрация снизилась с 5 мг/л до 1,74 мг/л, то есть менее чем в 3 раза, за 75 минут - до 0,78 мг/л, то есть в 6,4 раза. Степень очистки составила 84%. Увеличение массы сорбента с 1 г до 3 и 5 г позволяет несколько значительнее снижать концентрацию. Степень очистки с 5 г глины - 90 %.

Рис. 3. Кинетические кривые сорбции ионов Cu(II) из 50 мл модельного раствора глиной К-7-05 ЮЗ

Как показывает рис. 3, использование другой глины (К-7-05 ЮЗ), взятой с большей глубины, в качестве сорбента ионов меди, позволяет снижать их концентрацию в растворе за 15 минут с 5 мг/л до 0,75 мг/л, то есть в 6,7 раза (при использовании 1 г глины). Затем скорость очистки уменьшается, и через 90 минут концентрация перестает изменяться, достигнув значения 0,17 мг/л. Таким образом, за время сорбции концентрация ионов меди уменьшилась в 29 раз. Степень очистки составила почти 97%. Увеличение массы сорбента, как и для глины К- 7-05, практически не увеличивает степень очистки.

Рис.4. Кинетические кривые сорбции ионов Pb(II) из 50 мл модельного раствора глиной К-7-05 ЮЗ

По отношению к ионам свинца, по сравнению с ионами меди, эта глина, как и предыдущая, оказывается менее эффективным сорбентом (рис. 4). Для 1 г сорбента концентрация ионов свинца за 15 минут снизилась с 5 мг/л до 1,3 мг/л (в 3,8 раза). Через 60 минут она уже перестает изменяться, достигнув значения 0,56 мг/л. За это время концентрация уменьшилась почти в 9 раз. Степень очистки составила 89 %. Сорбент с увеличением массы до 3 и 5 г дает несколько больший эффект снижения концентрации свинца по сравнению с сорбентом массой 1 г. Степень очистки с 5 г составила 92 %.

Заключение

Испытание двух образцов глины Сергиевского месторождения Губкинского района в качестве сорбентов ионов меди и свинца позволяет сделать следующие выводы:

Оба образца глины Сергиевского месторождения Губкинского района являются более эффективным сорбентом ионов меди, чем свинца.

Степень очистки 50 мл модельного раствора с концентрацией ионов металла 5 мг/л при использовании 1 г глины в качестве сорбента составила: от ионов меди - 95-97 %, а от ионов свинца - 84-89 %.

Глина К-7-05 ЮЗ, взятая с большей глубины, по сравнению с глиной К-7-05, позволяет производить очистку водных растворов от ионов меди и свинца на несколько процентов лучше.

Сорбционное равновесие достигается за 75-90 минут, но основная очистка осуществляется уже за 15 минут: от ионов меди на 84-85 %, от ионов свинца - на 65-74 %.

Список литературы

Грим Р.Э. Минералогия и практическое использование глин. - М.: Мир, 1967. - 511 с.

Везенцев А.И., Трубицын М.А., Романщак А.А., Илющенко В.П. Разработка эффективных сорбентов на основе минерального сырья Белгородской области // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием (Белгород, 11 -14окт.2004 г.).-Белгород:Изд-воБелГУ,2004.- C. 29-33.

Голдовская-Перистая Л.Ф., Везенцев А.И., Гончаренко C. А., Прудников Д.Н. Исследование способности купинской и протопоповской глин сорбировать тяжелые металлы (медь и свинец) из водных растворов // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием (Белгород, 11-14 окт. 2004 г.). - Белгород: Изд-во БелГУ, 2004. - С. 46-49.

Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах. Киев.: Наукова думка, 1975. - 210 с.

Государственный контроль качества вод. - М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2001. - 690  .