+7 989 669 15 15



Исследование сорбционных свойств песка при извлечении ионов as3+ и pb2+ из водных растворов




Вахрушев Евгений Витальевич *
Тябаев Андрей Евгеньевич **
и др.

начальник производства*
доцент, к.г.н **
Томский политехнический университет, г. Томск


Аннотация: Исследованы физико-химические и сорбционные свойства образцов песка из различных регионов Мира. Определены такие показатели как, удельная поверхность, удельный объём пор, сорбционные характеристики при извлечении из водных сред ионов As3+ и ионов Pb2+. На основании проведённой работы сделан вывод о возможности использования песков как дешёвых сорбентов, при извлечении из воды низких концентраций ионов тяжёлых металлов и ионов мышьяка.

Ключевые слова: сорбент; очистка воды; песок; мышьяк; модельный раствор; свинец.




Библиографическое описание: Вахрушев Е.В., Тябаев А.Е., Денисенко Е.А., Бухарева П.Б., Кутугин В.А., Мосолков А.Ю., Мартемьянов Д.В., Казанцев С.О., Мартемьянова И.В., Плотников Е.В., Сыромотина Е.С., Толмачёва Т.П. ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПЕСКА ПРИ ИЗВЛЕЧЕНИИ ИОНОВ AS3+ И PB2+ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ [Текст] // Научный поиск в современном мире: сборник материалов 13-й международной научно-практической конференции , (г. Махачкала, 30 сентября, 2016 г.) - Махачкала: Издательство "Апробация", 2016 – С. 7-11


С каждым годом проблема очистки воды становится всё более актуальной и требует более серьёзных подходов к её решению [1, с. 28]. По данным ООН, ежегодно около 25 млн человек на планете умирают от болезней, связанных с потреблением грязной и некачественной воды. При всё более возрастающих требованиях к качеству используемой воды, становится актуальным поиск новых, более экологичных и экономически выгодных методов водоочистки [2, с. 61]. Адсорбционные процессы с применением природных минералов находят всё большее использование в процессах водоочистки, вследствие их низкой стоимости [3, с. 666; 4, с. 341]. Для удаления из воды таких химических загрязнений как ионы тяжёлых металлов и ионы мышьяка применяют различные сорбционные материалы в водоочистных фильтрах [5, с. 16; 6, с. 113]. Среди доступных загрузок с низкой стоимостью используют речной (кварцевый) песок. После того как на слое песка накапливается достаточное количество механических загрязнений, его регенерируют обратной промывкой, освобождая от накопившейся грязи. Имеет интерес и актуальность работа по исследованию свойств песка при очистке воды не только от механических загрязнений, но и при извлечении химических загрязнителей.

Целью данной работы является исследование ряда физико- химических свойств песков из различных регионов Мира и определение у них сорбционных характеристик при извлечении из водных растворов ионовAs3+ и ионов Pb2+.

Объектами исследования в данной работе являлись образцы песка из различных регионов Мира:

- №1 - образец речного песка из Вьетнама (провинция Фантьет) светло-коричневого цвета;

- №2 – образец песка из Вьетнама (провинция Фантьет) тёмно-красного цвета;

- №3 - образец песка из Вьетнама (провинция Фантьет) светло-коричневого цвета;

- №4 - образец песка из России (п. Киреевск, Томск, Россия) серого цвета.

Красный цвет песков из Вьетнама образуется за счет насыщения их железом, которое вымывалось подземными водами из почвы и на протяжении долгого времени оседало на песках.

В рамках данной работы у исследуемых образцов песка необходимо определить величину удельной поверхности и удельный объём пор при использовании метода тепловой десорбции газа- адсорбата (азота) с поверхности исследуемых материалов в динамических условиях (БЭТ) на приборе «Сорбтометр М».

Процесс определения сорбционных характеристик проводился в статических условиях, с применением магнитной мешалки (скорость вращения до 200 об/мин). В процессе сорбционных исследований отбиралась навеска исследуемого образца песка массой 1 г, далее она помещалась в стеклянный стакан объёмом 150 см3 и заливали 100 см3 модельного раствора, содержащего ионы Pb2+, с начальной концентрацией 0,94 мг/дм3 (pH = 5). Концентрация водного раствора содержащего ионы As3+ составляла 5,17 мг/дм3 (pH = 3,2). Модельные растворы готовили на бидистиллированной воде с использованием государственных стандартных образцов состава ионов свинца и мышьяка. Сорбционные процессы проводились при различном времени: 1, 5, 15, 30, 60 и 150 минут. После проведения процесса статической сорбции, раствор отделяли от сорбента центрифугированием. Начальные и конечные концентрации ионов Pb2+ и As3+ в растворах определяли с помощью метода инверсионной вольтамперометрии на приборе-анализаторе ТА-07.

В таблице 1 приведены данные по удельной поверхности и удельному объёму пор образцов песка полученные посредством метода БЭТ.

 

Таблица 1

Удельная поверхность и удельный объём пор образцов песка.

Образец Удельная поверхность, м2 Удельный объём пор, см3
№ 1 0,52 0
№ 2 3,64 0
№ 3 0,79 0
№ 4 0,76 0

 

По удельному объёму пор все образцы показали нулевые значения. Наибольшая удельная поверхность наблюдается у образца песка № 2.

На рисунке представлены сорбционные характеристики исследуемых образцов песка при извлечении из модельных растворов ионов As3+ в статических условиях.

 

На рисунке видно, что лучшими свойствами при извлеченииионов As3+ из модельного раствора обладает образец песка № 2, затем № 3 и № 4. Самые низкие сорбционные свойства видны у образца № 1.

В таблице 2 представлены сорбционные свойства исследуемых образцов песка при извлечении из модельного раствора ионов Pb2+ в статических условиях.

 

Из таблицы 2 видно, что наилучшие сорбционные свойства при извлечении из модельного раствора ионов Pb2+ видны у образцов № 2 и № 3.

В результате проведённой работы, была определена величина удельной поверхности и удельный объём пор у исследуемых образцов песка. Проведены сорбционные исследования образцов песка по извлечению ионов Pb2+ и As3+ из модельных растворов. В рамках данных исследований удалось сделать вывод о возможности не очень эффективного использования речного песка, для очистки водных сред от ионов Pb2+ и As3+. Главным преимуществом исследуемых материалов является их низкая себестоимость и возможность использования по месту добычи (логистические характеристики).

 

 

Рис. 1. Извлечение ионов As3+из модельного раствора.

 

Таблица 2

Извлечение ионов Pb2+ из модельного раствора.

Образец Время сорбции, мин. pH фильтрата Концентрация ионов Pb2+ в фильтрате, мг/дм3 Степень сорбции, %
№ 1 15 5 0,299 68,2
№ 2 0,158 83,2
№ 3 0,213 77,35
№ 4 0,352 62,56
№ 1 150 5,5 0,28 70,22
№ 2 6 0,119 87,35
№ 3 7 0,185 80,32
№ 4 6 0,256 72,77

 

Список литературы:

1. Тягунов Г. В., Ярошенко Ю. Г. Экология: учебник. - М.: Интермет Инжиниринг, 2000. - 300 с.

2. Мартемьянов Д. В., Короткова Е. И., Галанов А. И. Сорбционные материалы нового поколения для очистки водных сред от микробиологических загрязнений // Вестник Карагандинского университета. - 2012. - №3 (67). - С 61-64.

3. Мартемьянов Д. В., Галанов А. И., Юрмазова Т. А. Определение сорбционных характеристик различных минералов при извлечении ионов As5+, Cr6+, Ni2+ из водных сред // Фундаментальные исследования. – 2013. - № 8 (часть 3). - С. 666-670.

4. Баталова А. Ю., Мартемьянова И. В., Мартемьянов Д. В. Использование пирита для очистки водных сред от ионов Cr6+ // Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции Инновационные технологии и экономика в машиностроении. – Томск, 2015. - С. 341-343.

5. Мартемьянова И. В., Баталова А. Ю., Мартемьянов Д. В. Природные цеолиты в очистке гальванических стоков // Сборник статей Международной научно-практической конференции Современный взгляд на будущее науки. – Уфа, 2015. - С. 16-19.

6. Бухарева П. Б., Мартемьянов Д. В., Назаренко О. Б., Мартемьянова И. В. Использование природного глауконита для очистки воды из реки Ушайка // Материалы XXI всероссийской научно-технической конференции Энергетика: Эффективность, надежность, безопасность. – Томск, 2015. – 2 Т. – С. 113-116.

Предстоящие заочные международные научно-практические конференции
A-415
Направления: все научные дисциплины
Прием материалов 31 декабря 2017 г
P-116
Направления: педагогика,психология,культурология
Прием материалов 24 декабря 2017 г.
E-415
Направления: экономика,социология
Прием материалов 24 декабря 2017 г.