Введение 14
1 Присутствие тяжелых металлов в подземных водах 16
1.1 Проблема наличия тяжелых металлов в водных средах 16
1.1 Методы обнаружения ионов марганца и железа 21
2 Методы деманганации и обезжелезивания водных сред 25
2.1 Физические методы удаления соединений железа и марганца
водных сред 25
2.2 Химические методы удаления соединений железа и марганца из
водных сред 29
3 Виды материалов для удаления ионов Mn и Fe 34
3.1 Сорбционные 34
3.2 Каталитические 39
3.3 Сорбционно-каталитические 43
4 Разработка нового вида сорбента 45
4.1 Технология получения 45
4.2 Методы исследования 45
4.3 Свойства полученного сорбента 46
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 49
5.1 Потенциальные потребители результатов исследованияОшибка! Закладка i
5.2 Планирование научно-исследовательской работы 56
5.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования 66
6 Социальная ответственность 71
6.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать
объект исследования 72
6.2 Экологическая безопасность 80
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 83
6.3 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности86
Заключение 88
Список публикаций студента 89
Список использованных источников 90
Приложение А 95
Актуальность проблемы
Дефицит качественной питьевой воды, отвечающей всем предъявляемым требованиям, стал одной из самых острых социально-экологических проблем современности и встал в ряд глобальных, так как для нормального функционирования промышленности и сельского хозяйства, коммунально - бытовой сферы необходимо огромное количество чистой воды, пригодной для использования. Специфика проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой заключается не в дефиците водных ресурсов, а в отсутствии или недостаточности проводимых соответствующих мероприятий для надлежащей очистки воды, подаваемой в водопроводную сеть, а также в нерациональном ее использовании [1].
Для питьевых целей во многих регионах нашей страны применяются, в основном, подземные воды. Качество подземных вод Томской области по ряду таких показателей как содержание тяжелых металлов, а в отдельных случаях - фенолов, азотсодержащих веществ, нефтепродуктов, сероводорода, метана, не отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [30]. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Основная проблема использования подземных вод в Томской области заключается в высоком содержании в них растворенных соединений тяжелых металлов [2].
Особенности состава подземных вод объясняются условиями их формирования. При контакте подземных вод с окружающими их горными породами, в воду поступают химические элементы, входящие в состав этих пород. Железо и марганец растворяются подземными водами в местах, куда не проникает кислород, например под плотными водонепроницаемыми породами, куда не проникают дождевые и талые воды. В местах, куда с дождевыми или другими водами поступает кислород, железо и марганец находятся в окисленном, нерастворимом состоянии и содержание этих элементов в подземных водах чрезвычайно низко[3].
Цель и задачи исследования
Цель исследования: Разработка и получение нового вида наноструктурного сорбционного материала для очистки водных сред от ионов марганца и железа.
Конкретные задачи работы заключались в следующем:
1. Получение наноструктурного сорбционного материала
2. Разработка оптимальной методики получения материала
3. Исследование физико-химических свойств полученного материала
4. Изучение сорбционных характеристик магнетита с иммобилизованными на его поверхности нановолокнами оксогидроксида алюминия при извлечении ионов Fe2+, Fe3+, Mn2+ Научная новизна
В ходе исследовательской работы был разработан и получен новый сорбционный материал на минеральной основе. Разработка заключалась в иммобилизации нановолокон оксогидроксида алюминия на поверхности минерала магнетита. В результате модификации удалось придать минеральному носителю дополнительные сорбционные свойства, увеличить величину удельной поверхности и удельный объем пор, а так же придать материалу заряд поверхности.
В ходе проведения исследований были выполнены все поставленные задачи. Было установлено, что созданный наноструктурный сорбент на основе природного магнетита с нанесенными на его поверхность наночастиц оксогидроксида алюминия является экологически безопасным материалом и экономически выгодным для использования его в качестве загрузки в водоочистных установках.
После получения сорбенты с помощью анализатора удельной поверхности дисперсных и пористых материалов CОРБТОМЕТР-М (многоточечный метод БЭТ и STSA) были исследованы его морфологические характеристики (удельная поверхность, удельный объем пор),
Полученный материал испытывался в лабораторных условиях, на модельных растворах Модельные растворы готовились на дистиллированной воде. Модельный раствор, содержащий ионы Fe2+ имел концентрацию
10,68 мг/дм3. Раствор, содержащий ионы Mn2+ имел концентрацию 5,31 мг/дм3.
Сорбционная активность у исследуемого сорбента в отношении ионов Mn2+ и Fe2+ проводилось в статических условиях при перемешивании на магнитной мешалке. На 1 г сорбента брали 100 см3 модельного раствора и проводили процесс перемешивания при различном времени контакта: 0,5; 1; 5; 15; 30; 60 и 150 минут.
В результате исследований было установленного что, степень извлечения ионов Mn2+ и Fe2+ из модельного раствора с помощью наноструктурного адсорбента размером фракции менее 0,1 мм составил до 99 %. Тем самым доказывая эффективность полученного наноструктурного адсорбента.
