ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ(П) КАТИОНИТАМИ МАРКИ ТОКЕМ ИЗ ВОДНО-СОЛЕВЫХ РАСТВОРОВ
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ИОНИТОВ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика состава природных вод. Роль ионов меди(11) при оценке качества
вод 9
1.2 Применение ионообменников для извлечения ионов d-металлов из водных
растворов 12
1.3 Применение сорбентов при очистке и анализе водных объектов 15
1.4 Краткая характеристика поверхностных водных объектов: р. Томь, оз. Малое
Яровое, оз. Большое Яровое 16
2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 21
2.1 Приборы и аппаратура 21
2.2 Характеристика ионитов Токем-100 и Токем-200 21
2.3 Методика взятия проб поверхностных водных объектов 22
2.4 Методика определения гидрохимических характеристик водных объектов 22
2.5 Методики количественного определения ионов металлов в растворах 23
2.6 Методика определение содержания ионов кальция(П) и магния(11) 24
2.7 Методика определения жесткости воды с помощью тест-полосок 24
2.8 Методика определения влагосодержания 24
2.9 Методики исследования сорбционных свойств катионитов 25
Токем-100 и Токем-200 25
2.10 Методика использования H2SO4 для десорбции ионов Cu2+ 25
2.11 Методика прямого определения меди с ПАН 26
3 ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ(П) ИОНИТАМИ МАРКИ ТОКЕМ ИЗ ВОДНЫХ
РАСТВОРОВ 27
3.1 Сорбционные свойства катионитов Токем-100 и Токем-200 27
3.2 Сорбция ионов меди(11) катионитами марки Токем из реальных водных объектов .27
ВЫВОДЫ: 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ИОНИТОВ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика состава природных вод. Роль ионов меди(11) при оценке качества
вод 9
1.2 Применение ионообменников для извлечения ионов d-металлов из водных
растворов 12
1.3 Применение сорбентов при очистке и анализе водных объектов 15
1.4 Краткая характеристика поверхностных водных объектов: р. Томь, оз. Малое
Яровое, оз. Большое Яровое 16
2 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ 21
2.1 Приборы и аппаратура 21
2.2 Характеристика ионитов Токем-100 и Токем-200 21
2.3 Методика взятия проб поверхностных водных объектов 22
2.4 Методика определения гидрохимических характеристик водных объектов 22
2.5 Методики количественного определения ионов металлов в растворах 23
2.6 Методика определение содержания ионов кальция(П) и магния(11) 24
2.7 Методика определения жесткости воды с помощью тест-полосок 24
2.8 Методика определения влагосодержания 24
2.9 Методики исследования сорбционных свойств катионитов 25
Токем-100 и Токем-200 25
2.10 Методика использования H2SO4 для десорбции ионов Cu2+ 25
2.11 Методика прямого определения меди с ПАН 26
3 ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ МЕДИ(П) ИОНИТАМИ МАРКИ ТОКЕМ ИЗ ВОДНЫХ
РАСТВОРОВ 27
3.1 Сорбционные свойства катионитов Токем-100 и Токем-200 27
3.2 Сорбция ионов меди(11) катионитами марки Токем из реальных водных объектов .27
ВЫВОДЫ: 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Химический состав воды и здоровье человека неразрывно связаны между собой. В основе гигиенических требований к качеству воды хозяйственно-бытового назначения стоят факторы, от которых зависит здоровье человека и условия его жизни. В соответствии с Санитарными Правилами и Нормами обязательному определению в водных объектах подлежат - медь, железо, никель, марганец, бериллий, ртуть, кадмий, свинец, алюминий, цинк [1]. Соединения d-металлов попадают в поверхностные воды в результате процессов выщелачивания минералов и пород, из почв при разложении организмов и растений и т.д. Присутствие меди в питьевой воде может приводить к ее накоплению в организме человека, вызывая тяжелые отравления и хроническое развитие процесса интоксикации. Предельно допустимая концентрация меди - 1 мг/л, в воде хозяйственно-бытового назначения и рыбохозяйственных водоёмов соответственно 1 и 0,001; лимитирующий показатель вредности - санитарно-токсикологический [1].
Повышенные требования к качеству продукции, тенденция к уменьшению ПДК ионов тяжелых металлов в воде хозяйственно-питьевого назначения, в объектах окружающей среды требует предварительного концентрирования, которое позволяет достичь низких пределов обнаружения [2]. Наблюдается непрерывный рост потребности в проведении количественного определения низких концентраций элементов в объектах окружающей среды, разработке методов их очистки, а также совершенствовании известных методов контроля токсичных веществ.
Ионообменные материалы имеют преимущества по сравнению с мембранами, силикагелями и другими материалами. Они обладают механической и химической устойчивостью, высокой емкостью, хорошими кинетическими свойствами, что позволяет значительно снижать предел обнаружения за счет увеличения объема анализируемого раствора, когда не хватает чувствительности цветной реакции. А так же, он проще в исполнении, позволяет элюировать элементы, сорбированные ионообменником, небольшим объемом подходящих элюентов
Непосредственное извлечение ионов металлов из реальных объектах затрудняет их низкая концентрация, солевой фон и макрокомпоненты. Проблема очистки водно-солевых растворов щелочных металлов от ионов переходных металлов возникает при получении препаратов высокой чистоты. Эффективность глубокой очистки определяется высокой избирательностью сорбента к ионам примесей .
Применение ионитов с повышенным сродством к извлекаемым ионам и комплексообразующими свойствами позволяет не просто выделить микроэлементы, отделив их от макрокомпонентов, но и уменьшить объем пробы, значительно сократить число подготовительных стадий анализа и затраты времени на их выполнение [3-5]. Ожидается, что выбор сорбента с такими свойствами позволит решить задачу селективного извлечения и концентрирования данных ионов меди(11) из реальных объектов. В связи с этим актуальным является исследование сорбции ионов меди(II) ионитами из реальных водных объектов с различным солевым фоном.
Исследования по методам концентрирования и разделения t/-ионов с использованием синтетических ионитов обобщены и представлены в монографиях Ю.А. Золотова, Н.М. Кузьмина, Москвина Л.Н., Царициной Л.Г., Мицуике А. [6-12]. Область использования сорбционных методов при определении содержания микроколичеств тяжелых металлов, включая d-металлы, в пробах воды описана в монографиях и научных статьях [12-15].
Иониты российского производства марки Токем обладают высоким сродством к ионам d-металлов, имеют широкий рабочий диапазон рН и высокие емкости. В работах [16, 17] приведены результаты исследований сорбционных свойств катионитов Токем-100 и Токем-200 по отношению к ионам меди, и отмечены их комплексообразующие свойства. Однако в литературных источниках отсутствуют данные по извлечению ионов меди(11) ионитами марки Токем из водно-солевых растворов с высоким солевым фоном из реальных объектов.
Объект исследования: сорбционные свойства катионитов.
Предмет исследования - сорбция ионов меди(11) катионитами марки Токем из водно-солевых растворов.
Цель работы: исследование эффективности сорбции ионов меди(11) катионами марки Токем из водно-солевых растворов
Задачи:
1. Проанализировать методы извлечения ионов меди(11) из водных объектов.
2. Оценить эффективность использования катионитов марки Токем при сорбции ионов меди(11) из водно-солевых растворов.
3. Разработать рекомендации для наиболее эффективного извлечения ионов меди(11) из водно-солевых растворов.
Защищаемые положения:
1. Значения сорбционной емкости ионов Cu(II) при сорбции из разбавленных растворов 2-10'2 моль/л катионитами Токем-200 и Токем-100, отражающие закономерности изменения избирательности сорбции в зависимости от структуры ионита и его природы.
2. Установленный ряд увеличения избирательности поглощения ионов Cu(II)
сорбентами Токем-100 < Токем-200, обусловленный различием структуры катионитов.
3. Уменьшение степени извлечения ионов Cu(II) катионитами Токем-100 и Токем-200 при сорбции из реальных объектов.
Научная новизна работы обусловлена тем, что:
• исследованы методы извлечения ионов меди(П) катионитами Токем-100 и Токем-200 из вод с высоким солевым фоном;
• установлена возможность извлечения ионов меди(П) из поверхностных водных объектов с высоким содержанием ионов кальция и магния;
• разработаны рекомендации для наиболее эффективного использования катионитов марки Токем, при излечении ионов меди(П) из водно-солевых растворов.
Апробация работы. Работа была апробирована в VIII Всероссийской научной конференции с международным участием «Экология и природопользование» (Томск, 2024).
Выражаю благодарность моему научному руководителю Жарковой Валентине Викторовне за помощь в проделанном исследовании, поддержку и ценные советы.
Повышенные требования к качеству продукции, тенденция к уменьшению ПДК ионов тяжелых металлов в воде хозяйственно-питьевого назначения, в объектах окружающей среды требует предварительного концентрирования, которое позволяет достичь низких пределов обнаружения [2]. Наблюдается непрерывный рост потребности в проведении количественного определения низких концентраций элементов в объектах окружающей среды, разработке методов их очистки, а также совершенствовании известных методов контроля токсичных веществ.
Ионообменные материалы имеют преимущества по сравнению с мембранами, силикагелями и другими материалами. Они обладают механической и химической устойчивостью, высокой емкостью, хорошими кинетическими свойствами, что позволяет значительно снижать предел обнаружения за счет увеличения объема анализируемого раствора, когда не хватает чувствительности цветной реакции. А так же, он проще в исполнении, позволяет элюировать элементы, сорбированные ионообменником, небольшим объемом подходящих элюентов
Непосредственное извлечение ионов металлов из реальных объектах затрудняет их низкая концентрация, солевой фон и макрокомпоненты. Проблема очистки водно-солевых растворов щелочных металлов от ионов переходных металлов возникает при получении препаратов высокой чистоты. Эффективность глубокой очистки определяется высокой избирательностью сорбента к ионам примесей .
Применение ионитов с повышенным сродством к извлекаемым ионам и комплексообразующими свойствами позволяет не просто выделить микроэлементы, отделив их от макрокомпонентов, но и уменьшить объем пробы, значительно сократить число подготовительных стадий анализа и затраты времени на их выполнение [3-5]. Ожидается, что выбор сорбента с такими свойствами позволит решить задачу селективного извлечения и концентрирования данных ионов меди(11) из реальных объектов. В связи с этим актуальным является исследование сорбции ионов меди(II) ионитами из реальных водных объектов с различным солевым фоном.
Исследования по методам концентрирования и разделения t/-ионов с использованием синтетических ионитов обобщены и представлены в монографиях Ю.А. Золотова, Н.М. Кузьмина, Москвина Л.Н., Царициной Л.Г., Мицуике А. [6-12]. Область использования сорбционных методов при определении содержания микроколичеств тяжелых металлов, включая d-металлы, в пробах воды описана в монографиях и научных статьях [12-15].
Иониты российского производства марки Токем обладают высоким сродством к ионам d-металлов, имеют широкий рабочий диапазон рН и высокие емкости. В работах [16, 17] приведены результаты исследований сорбционных свойств катионитов Токем-100 и Токем-200 по отношению к ионам меди, и отмечены их комплексообразующие свойства. Однако в литературных источниках отсутствуют данные по извлечению ионов меди(11) ионитами марки Токем из водно-солевых растворов с высоким солевым фоном из реальных объектов.
Объект исследования: сорбционные свойства катионитов.
Предмет исследования - сорбция ионов меди(11) катионитами марки Токем из водно-солевых растворов.
Цель работы: исследование эффективности сорбции ионов меди(11) катионами марки Токем из водно-солевых растворов
Задачи:
1. Проанализировать методы извлечения ионов меди(11) из водных объектов.
2. Оценить эффективность использования катионитов марки Токем при сорбции ионов меди(11) из водно-солевых растворов.
3. Разработать рекомендации для наиболее эффективного извлечения ионов меди(11) из водно-солевых растворов.
Защищаемые положения:
1. Значения сорбционной емкости ионов Cu(II) при сорбции из разбавленных растворов 2-10'2 моль/л катионитами Токем-200 и Токем-100, отражающие закономерности изменения избирательности сорбции в зависимости от структуры ионита и его природы.
2. Установленный ряд увеличения избирательности поглощения ионов Cu(II)
сорбентами Токем-100 < Токем-200, обусловленный различием структуры катионитов.
3. Уменьшение степени извлечения ионов Cu(II) катионитами Токем-100 и Токем-200 при сорбции из реальных объектов.
Научная новизна работы обусловлена тем, что:
• исследованы методы извлечения ионов меди(П) катионитами Токем-100 и Токем-200 из вод с высоким солевым фоном;
• установлена возможность извлечения ионов меди(П) из поверхностных водных объектов с высоким содержанием ионов кальция и магния;
• разработаны рекомендации для наиболее эффективного использования катионитов марки Токем, при излечении ионов меди(П) из водно-солевых растворов.
Апробация работы. Работа была апробирована в VIII Всероссийской научной конференции с международным участием «Экология и природопользование» (Томск, 2024).
Выражаю благодарность моему научному руководителю Жарковой Валентине Викторовне за помощь в проделанном исследовании, поддержку и ценные советы.
1. Изучены методы сорбции ионов Cu(II) из водных растворов. Установлено, что иониты марки Токем имеют преимущества за счет комплексообразующих свойств.
2. Значения физико-химических показателей выше для карбоксильного катионита Токем-200 по сравнению с сульфокатионитом Токем-100. Это, вероятно, связано с большей доступностью функциональных групп катионитов при участии в сорбционном процессе.
3. С увеличением концентрации фоновых ионов в реальных объектах наблюдается снижение степени извлечения катионов Cu(II) в ~ 4-7 раз. Наименьшее влияние солей в растворе отмечается при сорбции Cu(II) катионитом Токем-100 за счет меньшего размера пор.
4. Для наиболее эффективного извлечения ионов меди(П) из водно-солевых растворов с повышенной концентрацией фоновых солей, рекомендовано использование катионита Токем-100. Так как наблюдается наименьшее снижение степени извлечения ионов.
2. Значения физико-химических показателей выше для карбоксильного катионита Токем-200 по сравнению с сульфокатионитом Токем-100. Это, вероятно, связано с большей доступностью функциональных групп катионитов при участии в сорбционном процессе.
3. С увеличением концентрации фоновых ионов в реальных объектах наблюдается снижение степени извлечения катионов Cu(II) в ~ 4-7 раз. Наименьшее влияние солей в растворе отмечается при сорбции Cu(II) катионитом Токем-100 за счет меньшего размера пор.
4. Для наиболее эффективного извлечения ионов меди(П) из водно-солевых растворов с повышенной концентрацией фоновых солей, рекомендовано использование катионита Токем-100. Так как наблюдается наименьшее снижение степени извлечения ионов.
