Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Файлы

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

Статья в формате PDF

146 KB

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

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 С_Fe3+ и С_Сu²⁺ 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

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.

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