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

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

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.

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.

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.