ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Характеристика структуры и физико-химических свойств сульфо- и карбоксильных
катионитов 8
1.2 Равновесие ионного обмена и способы его описания 14
1.2.1 Типы изотерм обмена и некоторые уравнения для их описания 16
1.3 Динамика ионного обмена 19
1.4 Сорбционно-цветометрические и тестовые методы определения ионов Ni2+ и
Mn2+ 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 25
2.1 Правила техники безопасности 25
2.2 Краткая характеристика карбоксильного катионита 26
2.3 Краткая характеристика сульфокатионита катионита 27
2.4 Краткая характеристика карбоксильного катионита 28
2.5 Подготовка катионитов к работе 28
2.6 Характеристика исходных реактивов 29
2.7 Приборы и аппаратура 29
2.8 Методики количественного определения Mn2+ и Ni2+ в растворах 30
2.9 Методики исследования сорбционных свойств ионитов 35
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 41
ВЫВОДЫ 55
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ 56
ПРИЛОЖЕНИЕ 60
... отсуствуют 2.8,2.9, 3 разделы и приложение
Марганец второй по распространенности в природе металл. Чаще всего этот металл сопутствует железу, но может встречаться и самостоятельно. Встречается в воде и в пище. Этот микроэлемент необходим растениям и всем живым организмам, он играет значительную роль в жизнедеятельности, а именно оказывает непосредственное влияние на рост, работу половых желез и образование крови.
Влияние марганца на организм человека двоякое: и положительное, и негативное. Отрицательное влияние марганца, в первую очередь, сказывается на функционировании центральной нервной системы. Его избыточное накопление проявляется в виде постоянной сонливости, ухудшении памяти, повышенной утомляемости.
Марганец попадает в организм человека с водой. Санитарно-эпидемиологическими нормами регулируется его содержание в питьевой воде и составляет 0,1 мг/л. Это значительно больше, чем в Европе, где допустимым считается - 0,05 мг/л. По данным Всемирной Организации Здравоохранения считается, что содержание в воде марганца в дозе 0,5 мг/л не оказывает отрицательного влияния на организм человека. Превышение нормы ведет к его накоплению и к заболеванию костной системы. Поэтому необходимо уделять особое внимание выбору системы очистки воды от марганца [1].
Немаловажную роль в функционировании организма играет и никель. Никель - элемент земных глубин (в ультраосновных породах мантии его 0,2% по массе). В земной коре, где никеля 5,8-10-3%, он также тяготеет к более глубокой, так называемой базальтовой оболочке. Никель в земной коре - спутник Fe и Mg, что объясняется сходством их валентности (II) и ионных радиусов. В минералы двухвалентных железа и магния никель входит в виде изоморфной примеси. Собственных минералов никеля известно 53. Промышленные месторождения никеля (сульфидные руды) обычно сложены минералами никеля и меди. На земной поверхности, в биосфере никель - сравнительно слабый мигрант. Его относительно мало в поверхностных водах, в живом веществе. В районах, где преобладают ультраосновные породы, почва и растения обогащены никелем [2].
Попадание слишком большого количества никеля в организм может вызвать желудочно-кишечные расстройства, повышение уровня эритроцитов, почечный стресс, хронический бронхит, снижение функции легких, а в некоторых случаях и рак легкого. Никель также может играть определенную роль в функционировании специализированных белков, известных как ферменты [3].
Как видно, употребление неочищенной воды человеком, по научным данным, может приводить к разнообразным негативным последствиям. Поэтому необходим контроль качества питьевой воды с ее последующей очисткой.
Значительные успехи в улучшении экологической обстановки и повышения качества воды хозяйственно-питьевого назначения достигнуты в последние годы благодаря развитию сорбционной технологии, а именно созданию новых типов сорбционных материалов, включая синтетические ионообменники. На основе ионитов изготавливаются различные фильтры: мембраны; фильтры с наполненными сорбентами из нетканого полотна на основе нейтрального волокнистого полимера, внутри которого «механически» удерживаются мелкодисперсные гранулы ионообменников, и др. [4,5].
При выборе метода очистки и дальнейшего контроля его эффективности важным является определение содержания марганца(П) и никеля(П) на качественном и количественном уровне.
Проблема анализа и очистки природных вод от марганца(П) и никеля(П) может быть успешно решена с привлечением ионообменных методов, которые основаны на поглощении ионов из растворов сорбентом. Эти методы просты в исполнении, и позволяют достигать высоких коэффициентов концентрирования металлов. Таким образом, актуальна как разработка новых способов очистки воды от ионов марганца(П) и никеля(П), так и их тест-определения.
Цель работы: Установление избирательности сорбции ионов Mn2+ и Ni2+ на сульфо- и карбоксильных катионитах Токем-140, Токем-250, КБ-2Э-16 гелевой, макропористой и макросетчатой структуры
• Определены значения ПОЕ и СЕ, влагосодержания сульфо- и карбоксильных катионитов различной структуры. Показана зависимость физико-химических свойств от структуры катионитов.
• По кривым потенциометрического титрования катионитов установлен рабочий диапазон рН сорбентов, по данным титрования рассчитаны значения эффективных констант ионизации функциональных групп .
• Получены изотермы сорбции ионов металлов из разбавленных растворов и рассчитаны коэффициенты распределения. Показана закономерность изменения избирательности сорбции в зависимости от природы функциональных групп катионитов и поглощаемого иона, структуры сорбентов.
• Методом фронтальной хроматографии получены выходные кривые сорбции ионов в колонка с различной высотой слоя ионита и рассчитаны динамические характеристики процесса. Сделан вывод о возможности использования катионита в сорбционных фильтрах и аналитических системах.
