Помощь студентам в учебе
Сорбционные процессы в системе композиционный сорбент - хлорид цинка
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 8
1.1. Классификация процессов адсорбции по агрегатному состоянию и
механизму взаимодействия адсорбата и адсорбента 8
1.1.1. Физическая адсорбция 9
1.1.2 Химическая адсорбция 11
1.2. Уравнения сорбционных процессов 14
1.3. Классификация сорбентов 19
1.4. Использование сорбционных технологий 20
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
2.1 Метод растровой электронной микроскопии и рентгеноспектральный микроанализ 27
2.2.Метод определения содержания хлор-иона в воде титрованием азотнокислой ртутью в присутствии индикатора дифенилкарбзона 30
2.3 Потенциометрический метод измерения значения водородного
показателя 31
2.4 Метод атомно-эмиссионной спекрометрии с индуктивно-связанной
плазмой 32
2.5. Метод моделирования 33
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
СОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ КОМ11ОЗИЦИОННЫЙ СОРБЕНТ - ХЛОРИД ЦИНКА 35
3.1. Измерение водородного показателя модельных растворов 35
3.2. Определение эффективности сорбции ионов Zn(2+) композиционным
сорбентом 36
3.3. Сорбция анионов хлора (1-) из модельных растворов композиционным
сорбентом 40
3.4. Исследование процессов фазообразования на поверхности гранул сорбента после сорбции ионов цинка (2+) 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49
1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 8
1.1. Классификация процессов адсорбции по агрегатному состоянию и
механизму взаимодействия адсорбата и адсорбента 8
1.1.1. Физическая адсорбция 9
1.1.2 Химическая адсорбция 11
1.2. Уравнения сорбционных процессов 14
1.3. Классификация сорбентов 19
1.4. Использование сорбционных технологий 20
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
2.1 Метод растровой электронной микроскопии и рентгеноспектральный микроанализ 27
2.2.Метод определения содержания хлор-иона в воде титрованием азотнокислой ртутью в присутствии индикатора дифенилкарбзона 30
2.3 Потенциометрический метод измерения значения водородного
показателя 31
2.4 Метод атомно-эмиссионной спекрометрии с индуктивно-связанной
плазмой 32
2.5. Метод моделирования 33
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
СОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ КОМ11ОЗИЦИОННЫЙ СОРБЕНТ - ХЛОРИД ЦИНКА 35
3.1. Измерение водородного показателя модельных растворов 35
3.2. Определение эффективности сорбции ионов Zn(2+) композиционным
сорбентом 36
3.3. Сорбция анионов хлора (1-) из модельных растворов композиционным
сорбентом 40
3.4. Исследование процессов фазообразования на поверхности гранул сорбента после сорбции ионов цинка (2+) 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49
Актуальность: Одними из наиболее распространенных химических воздействий на окружающую среду является загрязнение тяжелыми металлами. К тяжелым металлам относятся более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных единиц. В современных технологиях широко используются соединения цинка. Цинк является важным элементом для жизнедеятельности организма. В организме человека цинк, в виде соединений, концентрируется преимущественно в простате, мышцах, печени и поджелудочной железе, а также ферментов, катализирующих гидролиз пептидов, белков и сложных эфиров, образование альдегидов, полимеризацию ДНК и РНК.
Однако при длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде. Отравление ZnSO4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию. Отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров. Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель. Хлорид цинка высокотоксичен, сильный ирритант, при попадании на кожу вызывает химические ожоги, особенно опасен при попадании в глаза.
Поэтому актуальной является задача разработки технологий для очистки окружающей среды от соединений цинка.
Цель работы: Исследование возможности использования сорбционных технологий для очистки водных объектов, в которых концентрация катионов цинка достигает высоких значений. Изучение процессов фазообразования в системе сорбент - солевой раствор цинка.
При выполнении работы проведены модельные испытания по очистке солевых растворов цинка. Исследован состав модельных растворов после контакта с композиционным сорбентом. Установлено, что при любых концентрациях модельных растворов на 5 сутки контакта наблюдается значительное снижение исходного содержания катионов цинка. При низких концентрациях катионов цинка через 5 суток контакта сорбента с модельными растворами наблюдается практически полное удаление катионов загрязнителей , для более высоких концентраций это время составляет 13 суток. Полученные экспериментальные данные показали, что концентрация катионов кальция в модельном растворе значительно возрастает в первые трое суток контакта сорбента с сорбатом. При увеличении времени контакта процесс перехода катионов кальция стабилизируется и протекает с меньшей скоростью.
Микрорентгеноспектральный анализ позволил оценить состав и структуру новообразований на поверхности гранул сорбента после контакта с модельными растворами сорбата.
При любых концентрациях цинка в модельном растворе на поверхности гранул сорбента образуются новые фазы структурно связанные с матрицей сорбента. Данные микрорентгеноспектрального анализа, показывают, что на 8 сутки контакта сорбента с сорбатом начинается карбонизация.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что композиционные сорбент может эффективно использоваться для очистки водных объектов с любым содержанием катионов цинка.
Однако при длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде. Отравление ZnSO4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию. Отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров. Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель. Хлорид цинка высокотоксичен, сильный ирритант, при попадании на кожу вызывает химические ожоги, особенно опасен при попадании в глаза.
Поэтому актуальной является задача разработки технологий для очистки окружающей среды от соединений цинка.
Цель работы: Исследование возможности использования сорбционных технологий для очистки водных объектов, в которых концентрация катионов цинка достигает высоких значений. Изучение процессов фазообразования в системе сорбент - солевой раствор цинка.
При выполнении работы проведены модельные испытания по очистке солевых растворов цинка. Исследован состав модельных растворов после контакта с композиционным сорбентом. Установлено, что при любых концентрациях модельных растворов на 5 сутки контакта наблюдается значительное снижение исходного содержания катионов цинка. При низких концентрациях катионов цинка через 5 суток контакта сорбента с модельными растворами наблюдается практически полное удаление катионов загрязнителей , для более высоких концентраций это время составляет 13 суток. Полученные экспериментальные данные показали, что концентрация катионов кальция в модельном растворе значительно возрастает в первые трое суток контакта сорбента с сорбатом. При увеличении времени контакта процесс перехода катионов кальция стабилизируется и протекает с меньшей скоростью.
Микрорентгеноспектральный анализ позволил оценить состав и структуру новообразований на поверхности гранул сорбента после контакта с модельными растворами сорбата.
При любых концентрациях цинка в модельном растворе на поверхности гранул сорбента образуются новые фазы структурно связанные с матрицей сорбента. Данные микрорентгеноспектрального анализа, показывают, что на 8 сутки контакта сорбента с сорбатом начинается карбонизация.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что композиционные сорбент может эффективно использоваться для очистки водных объектов с любым содержанием катионов цинка.
Цель, поставленная при выполнении работы, достигнута. Исследованы сорбционные процессы в системе композиционный сорбент - хлорид цинка.
1 .Проведён анализ литературных источников по теме исследования.
2. Изучено современное оборудование для проведения физико-химического
анализа: оптическая эмиссионная спектроскопия, электронно-
микроскопический и микрорентгеноспектральный анализ;методы
моделирования сорбционного взаимодействия.
3. Проведено сравнение сорбционной способности композиционных сорбентов на модельных растворах в интервале концентраций 10 -70 мг/л по катионам Zn2+.
4. Установлено, что после сорбционного взаимодействия сорбента с растворами сорбата за сутки контакта наблюдается переход из кислой в нейтральную среду. Для низких(10мг/л) концентраций ионов Zn(2+) щелочная среда наблюдается после 5 суток, для более высоких(50-75мг/л) концентраций ионов Zn(+2) переход в щелочную среду происходит после 8 суток.
5. Сорбция катионов Zn(+2) для низкоконцентрированного раствора сорбата практически полностью завершается на 5 сутки, для более концентрированных растворов этот процесс завершается на 13 сутки. Вместе с тем в процессе сорбционного взаимодействия участвуют катионы Са(+2), замещающие катионы Zn(+2), их количество в системе сорбат-сорбент растет на протяжении 5 суток, затем наблюдается снижение, свидетельствующее о начале карбонизации.
6. Исследование сорбции анионов Cl(1-) показало, что композиционный сорбент практически не сорбируют анионы из растворов сорбата, вне зависимости от концентрации и времени контакта системы сорбент-сорбат.
7. Исследование поверхности гранул сорбента с растворами сорбата за 13 суток показало химическую, структурную и фазовые неоднородности. За первые сутки наблюдаются различая морфологии новообразований, это связано с фазовой и структурной неоднородностью поверхности гранулы. С 5-8 сутки наблюдается снижение концентрации катионов Zn(+2) и рост содержания углерода и кальция, обусловленное началом карбонизации и, как следствие, перекрытие ионов Zn(+2).
Проведенные на модельных растворах эксперименты показывают эффективность использования композицонного сорбента для очистки водных объектов от загрязнения тяжелыми металлами. Экспериментально установлено, что природа процессов сорбционного взаимодействия аналогична как для высококонцентрированных, так и для средне- и низкоконцентрированных растворов сорбата (хлоридов цинка), и различается лишь количественно. Композиционный сорбент способен перекрывать ионы цинка (2+), образующимися карбонатами кальция, не позволяя им проникать в окружающую среду.
1 .Проведён анализ литературных источников по теме исследования.
2. Изучено современное оборудование для проведения физико-химического
анализа: оптическая эмиссионная спектроскопия, электронно-
микроскопический и микрорентгеноспектральный анализ;методы
моделирования сорбционного взаимодействия.
3. Проведено сравнение сорбционной способности композиционных сорбентов на модельных растворах в интервале концентраций 10 -70 мг/л по катионам Zn2+.
4. Установлено, что после сорбционного взаимодействия сорбента с растворами сорбата за сутки контакта наблюдается переход из кислой в нейтральную среду. Для низких(10мг/л) концентраций ионов Zn(2+) щелочная среда наблюдается после 5 суток, для более высоких(50-75мг/л) концентраций ионов Zn(+2) переход в щелочную среду происходит после 8 суток.
5. Сорбция катионов Zn(+2) для низкоконцентрированного раствора сорбата практически полностью завершается на 5 сутки, для более концентрированных растворов этот процесс завершается на 13 сутки. Вместе с тем в процессе сорбционного взаимодействия участвуют катионы Са(+2), замещающие катионы Zn(+2), их количество в системе сорбат-сорбент растет на протяжении 5 суток, затем наблюдается снижение, свидетельствующее о начале карбонизации.
6. Исследование сорбции анионов Cl(1-) показало, что композиционный сорбент практически не сорбируют анионы из растворов сорбата, вне зависимости от концентрации и времени контакта системы сорбент-сорбат.
7. Исследование поверхности гранул сорбента с растворами сорбата за 13 суток показало химическую, структурную и фазовые неоднородности. За первые сутки наблюдаются различая морфологии новообразований, это связано с фазовой и структурной неоднородностью поверхности гранулы. С 5-8 сутки наблюдается снижение концентрации катионов Zn(+2) и рост содержания углерода и кальция, обусловленное началом карбонизации и, как следствие, перекрытие ионов Zn(+2).
Проведенные на модельных растворах эксперименты показывают эффективность использования композицонного сорбента для очистки водных объектов от загрязнения тяжелыми металлами. Экспериментально установлено, что природа процессов сорбционного взаимодействия аналогична как для высококонцентрированных, так и для средне- и низкоконцентрированных растворов сорбата (хлоридов цинка), и различается лишь количественно. Композиционный сорбент способен перекрывать ионы цинка (2+), образующимися карбонатами кальция, не позволяя им проникать в окружающую среду.
