всероссийский научно-практический журнал
  • ISSN 2072-8158
  • -
  • Урал-Пресс: 012688

Закономерности сорбции катионов тяжелых металлов сорбентом Пенопурм.

Опубликовано в журнале «Вода: химия и экология» № 11 за 2015 год, стр. 76-80.
Рубрика: Химия воды и водных растворов

 

Ксенофонтов М.А. доктор физико-математических наук, доцент, заведующий лабораторией физико-химии полимерных материалов и природных органических соединений, Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Островская Л.Е. кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Бобкова Е.Ю. кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Василевская Л.Н. научный сотрудник, Институт прикладных физических проблем им. А.Н. Севченко Белорусского государственного университета
Васильева А.Н. кандидат технических наук, ведущий специалист, НОУ ДПО Центральный институт повышения квалификации

Аннотация:
К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт использования пенополиуретанов (ППУ) в качестве сорбирующих материалов в сорбционно-спектроскопических и тест-методах анализа. Однако применение описанных закономерностей сорбции мало пригодно для разработки технологии очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов. Цель работы - исследование закономерностей извлечения катионов тяжелых металлов из водных растворов сорбентом Пенопурм®.
Закономерности сорбции Co2+, Cu2+, Ni2+ в динамических условиях исследовали при начальных концентрациях солей 1,25-10,00 г/л измерением оптической плотности. Сорбент в виде кубиков (отмытый и высушенный) помещали в колонку (рабочий объем 180 см3, насыпной вес 14кг/м3), заливали раствор соли и через определенные промежутки времени отбирали пробы, определяя в них концентрацию катионов.
Закономерности сорбции Cd2+, Co2+, Fe2+, Zn2+в статических условиях исследовали методом атомно-эмиссионного анализа из водных растворов солей с начальной концентрацией 0,01%масс. (50 мл раствора с 0,5 г сорбента).
Для выяснения механизма сорбции проведен квантово-химический расчет с целью подтверждения взаимодействия катионов с функциональными группами полимерной матрицы ППУ. Моделью структурного фрагмента полиуретана при расчетах использовали молекулу метилфенилкарбамата, в качестве металла – ион цинка, никеля и др.
В результате проведенных исследований найдено: в интервале рН 5–7 сорбент Пенопурм® поглощает из водных растворов катионы Cd2+, Co2+, Fe2+, Zn2+, Cu2+, Ni2+; сорбция в динамических условиях заканчивается через 15 мин; сорбционная емкость при исходных концентрациях катионов (500–2500 мг/л) изменяется в пределах 30–460 мг/г; степень извлечения – 23–70 %; в статических условиях при исходных концентрациях катионов (0,01%масс.) сорбционное равновесие устанавливается через 30 мин, степень поглощения – 100%. Изотермы сорбции в диапазоне исследованных концентраций носят линейный характер. Полученные результаты свидетельствуют о высоких равновесно-кинетических свойствах сорбента.
Согласно квантово-химическим расчетам при сорбции катиона 3-d металла из водного раствора возможно образование координационных связей: ион металла – карбонил, ион металла кислород и азот (2).

Ключевые слова: катионы 3-d металлов, пенополиуретан, сорбция

Ссылка для цитирования:
Ксенофонтов М.А. , Островская Л.Е. , Бобкова Е.Ю. , Василевская Л.Н. , Васильева А.Н. Закономерности сорбции катионов тяжелых металлов сорбентом Пенопурм. // Вода: химия и экология. — 2015. — № 11. — c. 76-80. — http://watchemec.ru/article/27688/

Литература:
1. Патент 2241803 РФ / Ксенофонтов М.А., Хатенко А.С., Островская Л.Е., Васильева В.С. Способ очистки поверхностей от нефти и жидких нефтепродуктов Заявлено 18.10.2001. Опубликовано.10.12.2004. Бюл. 34. Приоритет 25.06.2002.
2. Берлин А.А. Химия и технология газонаполненных высокополимеров / А.А.Берлин, Ф.А. Шутов. М. Наука, 1980. С. 201-202.
3. Ксенофонтов М.А. Пенополиуретаны. Структура и свойства // Вестник БГУ. 2011. Серия 1. № 3. С. 48-52.
4. Ксенофонтов М.А. Пенопурм – новый сорбционный материал для очистки сточных вод от нефтепродуктов / М.А.Ксенофонтов, Л.Н.Василевская, В.С.Васильева, Л.Е.Островская, Н.А.Шкредова // Экологический вестник России. 2010. № 3. С. 28-30.
5. Дмитриенко С.Г. Пенополиуретаны. Сорбционные свойства и применение в химическом анализе / С.Г.Дмитриенко, В.В. Апяри. М.: КРАСАНД, 2010. С. 14.
6. Дмитриенко С.Г. Пенополиуретаны в химическом анализе: сорбция различных веществ и ее аналитическое применение: Дис…. д-ра хим. наук. М., 2001. 378 с.
7. Салдадзе К.М. Комплексообразующие иониты(комплекситы). М.:Химия.1980. 336 с.
8. Ватулев В.Н. Инфракрасные спектры и структура полиуретанов / В. Н. Ватулев, С. В. Лаптий, Ю.Ю. Керча. Киев: Наукова думка. 1987. 242 с.
9. Bobkova, E.Y. A quantum chemical modeling of the sorption of the Ni2+ ions by polyurethane / E.Y. Bobkova, M.A. Ksenofontov, L.E. Ostrovskaja, A.V. Simbura, M.B. Shundalau // XVI Internatoinal workshjp on new approaches to high-tech: nano-design, technology, computer simulations.– Publ.house Ya.Kupala GrStUn.– Grodno.– September 22–25.– 2015.– p. 65-66.