Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

CОРБЦИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ГУМАТАМИ АММОНИЯ, НАТРИЯ И КАЛИЯ

Будаева А.Д., Золтоев Е.В., Бодоев Н.В., Бальбурова Т.А.

Окисленные бурые угли Гусиноозерского месторождения Республики Бурятия содержат значительное количество гуминовых кислот (до 90% от органической массы угля). Гуминовые кислоты представляют собой высокомолекулярные, склонные к ассоциации полифункциональные природные лиганды. Наличие карбоксильных и фенольных групп в структуре гуминовых кислот обеспечивает образование прочных комплексов этих кислот с ионами металлов, в том числе с ионами тяжелых металлов. Поэтому представляется возможным использовать их в качестве сорбентов для очистки сточных вод и детоксикации почв от ионов тяжелых металлов.

Таблица 1. Зависимость степени извлечения Fe3+ и Cu2+ от расхода гуматов аммония

СFe3+, мг/л

Расход сорбента, г/л

Степень извле-чения, %

ССu2+, мг/л

Расход сорбента, г/л

Степень извле-чения, %

100

1,0

1,5

2,0

2,4

65,31

87,50

95,09

95,98

100

0,5

1,0

16,43

30,56

300

2,0

4,0

6,0

7,0

41,51

77,52

95,22

97,44

300

2,0

3,0

4,0

5,0

23,54

43,47

65,43

80,92

500

2,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

21,63

63,58

83,38

94,99

98,22

99,05

500

2,0

4,0

5,0

8,0

14,11

32,60

48,29

78,90

700

2,0

5,0

10,0

15,0

17,0

18,0

15,37

47,21

77,32

96,90

98,74

99,22

700

2,0

4,0

8,0

10,0

12,0

13,0

9,22

21,26

56,23

75,24

78,34

79,27

1000

2,0

4,0

8,0

16,0

20,0

25,0

10,82

22,38

44,28

86,40

96,73

98,70

1000

2,0

5,0

8,0

10,0

16,0

18,0

8,70

18,55

35,83

42,22

71,60

80,44

Для исследования взаимодействия ионов железа Fe3+, меди Cu2+, никеля Ni2+ и цинка Zn2+ с гуминовыми кислотами применяли исходные растворы FeCl3, CuSO4, Ni(NO3)2 и Zn(CH3COO)2 с концентрацией 100-1000 мг/л (в пересчете на металл) и водные растворы гуматов калия, натрия и аммония с концентрацией 20 г/л. Сорбцию проводили в статических условиях при перемешивании в течение 15 мин при температуре 20 0С. Концентрацию ионов железа в маточном растворе контролировали фотоколориметрическим методом при взаимодействии с салициловой кислотой в слабощелочной среде, меди - с диэтилдитиокарбаматом натрия, никеля - с диметилглиоксимом в щелочной среде (в присутствии окислителя), а цинка - с родамином С до и после контакта с сорбентом.

Степени извлечения металлов рассчитывали по разности исходной и остаточной концентраций.

Изучена зависимость степени извлечения ионов Fe3+ и Cu2+ от расхода гуматов калия, натрия и аммония при рН 2-3 для различных концентраций СFe3+ и ССu2+ и определены оптимальные расходы сорбента. Оптимальным расходом сорбента считали минимальное количество сорбента, необходимое при данных условиях для максимального извлечения металла.

В таблице 1 представлены результаты исследования зависимости степени извлечения ионов железа и меди от расхода гуматов аммония. Аналогичные зависимости характерны для гуматов калия и натрия. Как видно из таблицы, при увеличении исходного содержания железа (III) и меди (II) в растворе расход сорбента повышается.

Зависимость оптимального расхода сорбента от концентрации Fe3+ и Cu2+ в исходном растворе обрабатывали методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных опыта (рис. 1). В интервале концентраций 100-1000 мг/л график с вероятностью 99,0% интерпретируется прямой, что позволяет рассчитывать оптимальные расходы сорбента для растворов промежуточных концентраций.

Оценка степени извлечения Ni2+ и Zn2+ проводилась только из растворов с концентрацией 1000 мг/л при рН 1 и 2 соответственно. Результаты приведены в таблице 2. Гуматы аммония, калия и натрия практически одинаково связывают Ni2+ и Zn2+.

Интересно отметить, что при взаимодействии катионов железа с гуматами достигается высокая степень очистки воды (до 99%), тогда как катионы меди, никеля и цинка связываются с гуматами слабее (до 80%). Ионы Cu2+, Ni2+ и Zn2+ относятся к ярко выраженным комплексообразователям и помимо замещения Na+, K+ и NH4+ в карбоксильных группах образуют координационные связи с другими группами (амино- и метоксигруппы, эфирный кислород и т.д.) - донорами электронов, присутствующими в структуре гуминовых кислот. Такие комплексные соединения - хелаты - обладают более высокой растворимостью по сравнению с обычными солями, чем можно объяснить довольно высокую концентрацию меди и никеля в маточном растворе.

Таблица 2. Зависимость степени извлечения Ni2+ и Zn2+ от расхода гуматов аммония

Расход сорбента, г/л

Степень извлечения Ni2+, %

Степень извлечения Zn2+, %

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11

7,07

9,70

22,84

32,69

41,22

49,76

57,64

68,81

72,09

78,98

2,45

14,60

27,95

42,32

47,60

45,00

57,27

59,83

67,84

75,35

Ионы Fe3+ с гуматами взаимодействуют, видимо, только по типу обменных реакций, т.к. гуматы практически обесцвечивают растворы хлорида железа (III), не внося дополнительного окрашивания.

Сорбционная емкость гуматов калия, натрия и аммония по ионам железа составляет 58 мг/г или 3,1 мг-экв/г, по ионам меди - 45 мг/г или 1,4 мг-экв/г, по ионам никеля - 35 мг/г или 1,2 мг-экв/г и цинка 36 мг/г или 1,1 мг-экв/г.

p

Рисунок 1. Зависимость оптимального расхода сорбента (РС) от концентрации Fe3+ и Cu2+ в исходном растворе (C).

Таким образом, на основании проведенных экспериментов можно сделать вывод о том, что гуматы щелочных металлов и аммония являются высокоэффективными реагентами для осаждения из растворов ионов Fe3+, Cu2+, Ni2+ и Zn2+.

Работа представлена на III научную конференцию с международным участием «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», научная конференция с международным участием 22-29 октября 2005г., Хургада (Египет)


Библиографическая ссылка

Будаева А.Д., Золтоев Е.В., Бодоев Н.В., Бальбурова Т.А. CОРБЦИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ГУМАТАМИ АММОНИЯ, НАТРИЯ И КАЛИЯ // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 9. – С. 112-113;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=6642 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674