Помощь студентам в учебе
Исследование сорбции катионов и анионов из раствора нитрата свинца композиционным сорбентом
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Классификация процессов сорбции 8
1.1.1. Физическая сорбция 9
1.1.2. Сорбция с образованием химических связей 9
1.2. Теории адсорбции 10
1.2.1. Теория Ирвинга Ленгмюра 10
1.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции 14
1.2.3. Модели комплексообразования поверхности 17
1.3. Классификация сорбентов 23
1.4. Активация сорбентов 27
1.5. Десорбция 28
1.6. Композиционный сорбент на основе силикатов и алюмосиликатов
кальция 29
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1. Метод измерения значения водородного показателя
потенциометрическим методом 30
2.2. Методика определения химического состава растворов на атомно¬
эмиссионном спектрометре «OPTIMA 2100 DV» с индуктивно связанной плазмой 32
2.3. Методика проведения электронно-микроскопического и
микрорентгеноспектрального анализа 33
2.4. Метод спектрофотоколориметрического определения нитратов 35
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ КОМПОЗИЦИОННЫЙ
СОРБЕНТ - АЗОТНОКИСЛЫЙ СВИНЕЦ 36
3.1. Модельный эксперимент 36
3.2. Определение характеристик модельных растворов 36
3.2.1. Измерение водородного показателя 36
3.2.2. Определение концентрации катионов свинца (2+) в растворах
сорбата 38
3.2.3. Определение сорбции анионов NO3-1 в модельном растворе 43
3.2.4. Электронно-микроскопический анализ поверхности сорбента. 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 63
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Классификация процессов сорбции 8
1.1.1. Физическая сорбция 9
1.1.2. Сорбция с образованием химических связей 9
1.2. Теории адсорбции 10
1.2.1. Теория Ирвинга Ленгмюра 10
1.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции 14
1.2.3. Модели комплексообразования поверхности 17
1.3. Классификация сорбентов 23
1.4. Активация сорбентов 27
1.5. Десорбция 28
1.6. Композиционный сорбент на основе силикатов и алюмосиликатов
кальция 29
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1. Метод измерения значения водородного показателя
потенциометрическим методом 30
2.2. Методика определения химического состава растворов на атомно¬
эмиссионном спектрометре «OPTIMA 2100 DV» с индуктивно связанной плазмой 32
2.3. Методика проведения электронно-микроскопического и
микрорентгеноспектрального анализа 33
2.4. Метод спектрофотоколориметрического определения нитратов 35
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ КОМПОЗИЦИОННЫЙ
СОРБЕНТ - АЗОТНОКИСЛЫЙ СВИНЕЦ 36
3.1. Модельный эксперимент 36
3.2. Определение характеристик модельных растворов 36
3.2.1. Измерение водородного показателя 36
3.2.2. Определение концентрации катионов свинца (2+) в растворах
сорбата 38
3.2.3. Определение сорбции анионов NO3-1 в модельном растворе 43
3.2.4. Электронно-микроскопический анализ поверхности сорбента. 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 63
Основными загрязнителями биосферы являются предприятия теплоэнергетики, металлургической и металлоперерабатывающей промышленности [1].
Увеличение количества выпускаемой продукции приводит к повышенному потреблению природных ресурсов, а также к увеличению вредных выбросов в природную среду. Опасны аварийные ситуации, устаревшее оборудование, несоблюдение правил безопасности, ошибки проектирования [2].
На отвальных площадках металлургических предприятий лежит множество тонн сульфата железа, фосфогипса и прочих остатков переработки, содержащих тяжёлые металлы, которые наносят колоссальный вред окружающей среде. Такие места подвергаются пылению и размыванию, вследствие чего опасные вещества попадают в атмосферу, воду и почву.
Для предотвращения процесса загрязнения окружающей среды необходимы новые материалы и технологии. В данной работе проведены исследования возможности поглощения ионов свинца и нитратных групп из водных растворов разработанным в университете композиционным сорбентом.
Актуальность: Свинец - одно из наиболее опасных веществ на планете. Катионы свинца являются большой угрозой для человека. Попадая внутрь организма человека, свинец отравляет его изнутри. Широкое использование свинца в металлургической промышленности, для изготовления покрытий и красок, при изготовлении бензина для авиации и двигателей гоночных автомобилей в виде тетраэтилсвинца привело к насыщению ионами свинца водной среды. К примеру, выброс свинца в мировой океан составляет 430 - 650 тысяч тонн в год [3].
Кроме катионов тяжёлых металлов для человеческого организма опасны и нитраты. Нитраты используются в удобрениях для увеличения плодородия почвы и питания растений. Растения быстро накапливают нитраты из воды и удобрений. В организм человека нитраты попадают с продуктами растительного происхождения и водой с высоким содержанием нитратов и нитритов. В малых количествах нитраты не опасны и усваиваются организмом. Но при ежедневном потреблении нитраты могут привести к проблемам со здоровьем.
Цель работы: Исследование возможности использования сорбционных технологий на основе композиционного сорбента для одновременной отчистки водных объектов от катионов свинца Pb2+ в широком интервале концентраций и анионов NO3- .
При выполнении работы были проведены модельные испытания в системах композиционный сорбент - нитраты свинца. Исследован состав модельных растворов после контакта с композиционным сорбентом. Установлено, что при высоких концентрациях катионов свинца в модельных растворов за первые сутки контакта наблюдается снижение исходного содержания катионов свинца в 79 раз. При последующем повышении времени выдержки системы модельный раствор - сорбент наблюдается практически полное поглощение катионов свинца сорбентом. При средних концентрациях свинца в модельных растворах через 5 суток наблюдается снижение концентрации его катионов с 43,056 мг/л до 0,113 мг/л. Раствор очищается полностью за 13 суток. При низких концентрациях катионов свинца в модельном растворе процесс сорбции проходит с меньшей скоростью. С увеличением концентрации катионов свинца в модельном растворе и времени выдержки увеличивается сорбция свинца.
Определение сорбции анионов NO3- в модельном растворе показало, что с увеличением концентрации анионов NO3- и временем контакта модельный раствор - сорбент повышается сорбция данных анионов. Максимальное значение сорбции было зафиксировано у модельного раствора с фактической концентрацией анионов NO3- 18 мг/л ( 0,083 мг/г после выдержки в течение 9 суток).
Электронно-микроскопический анализ показал, что при взаимодействии композиционного сорбента с модельными растворами нитратов свинца на поверхности гранул образуются новые фазы, морфология и состав которых определяются двумя параметрами: исходной концентрацией модельного раствора и продолжительностью контакта. Микрорентгеноспектральный анализ показал, что максимальное содержание катионов свинца в новообразованиях составляет 32,95 мас. % через 8 суток контакта гранул сорбента с модельным раствором.
Увеличение количества выпускаемой продукции приводит к повышенному потреблению природных ресурсов, а также к увеличению вредных выбросов в природную среду. Опасны аварийные ситуации, устаревшее оборудование, несоблюдение правил безопасности, ошибки проектирования [2].
На отвальных площадках металлургических предприятий лежит множество тонн сульфата железа, фосфогипса и прочих остатков переработки, содержащих тяжёлые металлы, которые наносят колоссальный вред окружающей среде. Такие места подвергаются пылению и размыванию, вследствие чего опасные вещества попадают в атмосферу, воду и почву.
Для предотвращения процесса загрязнения окружающей среды необходимы новые материалы и технологии. В данной работе проведены исследования возможности поглощения ионов свинца и нитратных групп из водных растворов разработанным в университете композиционным сорбентом.
Актуальность: Свинец - одно из наиболее опасных веществ на планете. Катионы свинца являются большой угрозой для человека. Попадая внутрь организма человека, свинец отравляет его изнутри. Широкое использование свинца в металлургической промышленности, для изготовления покрытий и красок, при изготовлении бензина для авиации и двигателей гоночных автомобилей в виде тетраэтилсвинца привело к насыщению ионами свинца водной среды. К примеру, выброс свинца в мировой океан составляет 430 - 650 тысяч тонн в год [3].
Кроме катионов тяжёлых металлов для человеческого организма опасны и нитраты. Нитраты используются в удобрениях для увеличения плодородия почвы и питания растений. Растения быстро накапливают нитраты из воды и удобрений. В организм человека нитраты попадают с продуктами растительного происхождения и водой с высоким содержанием нитратов и нитритов. В малых количествах нитраты не опасны и усваиваются организмом. Но при ежедневном потреблении нитраты могут привести к проблемам со здоровьем.
Цель работы: Исследование возможности использования сорбционных технологий на основе композиционного сорбента для одновременной отчистки водных объектов от катионов свинца Pb2+ в широком интервале концентраций и анионов NO3- .
При выполнении работы были проведены модельные испытания в системах композиционный сорбент - нитраты свинца. Исследован состав модельных растворов после контакта с композиционным сорбентом. Установлено, что при высоких концентрациях катионов свинца в модельных растворов за первые сутки контакта наблюдается снижение исходного содержания катионов свинца в 79 раз. При последующем повышении времени выдержки системы модельный раствор - сорбент наблюдается практически полное поглощение катионов свинца сорбентом. При средних концентрациях свинца в модельных растворах через 5 суток наблюдается снижение концентрации его катионов с 43,056 мг/л до 0,113 мг/л. Раствор очищается полностью за 13 суток. При низких концентрациях катионов свинца в модельном растворе процесс сорбции проходит с меньшей скоростью. С увеличением концентрации катионов свинца в модельном растворе и времени выдержки увеличивается сорбция свинца.
Определение сорбции анионов NO3- в модельном растворе показало, что с увеличением концентрации анионов NO3- и временем контакта модельный раствор - сорбент повышается сорбция данных анионов. Максимальное значение сорбции было зафиксировано у модельного раствора с фактической концентрацией анионов NO3- 18 мг/л ( 0,083 мг/г после выдержки в течение 9 суток).
Электронно-микроскопический анализ показал, что при взаимодействии композиционного сорбента с модельными растворами нитратов свинца на поверхности гранул образуются новые фазы, морфология и состав которых определяются двумя параметрами: исходной концентрацией модельного раствора и продолжительностью контакта. Микрорентгеноспектральный анализ показал, что максимальное содержание катионов свинца в новообразованиях составляет 32,95 мас. % через 8 суток контакта гранул сорбента с модельным раствором.
Цель, поставленная при выполнении работы достигнута. Исследована сорбция катионов и анионов из раствора нитрата свинца композиционным сорбентом.
1. Изучены данные литературных источников, проведён модельный эксперимент в широкой области концентраций катионов Pb 2+ и анионов NO?.
2. Установлено, что при увеличении времени контакта в системе сорбент-сорбат происходит увеличение водородного показателя для всех модельных растворов независимо от концентрации .
3. Полученные экспериментальные данные по определению концентрации катионов свинца (2+) в растворах сорбата показывают, что степень сорбции в системе сорбент - сорбат зависит от концентрации катионов свинца (+2) и времени контакта. Чем выше концентрация катионов и время выдержки, тем больше степень сорбции. Через 5 суток контакта степень сорбции катионов свинца достигает 91-98% в зависимости от исходной концентрации модельного раствора. Через 13 суток практически равна 100%.
4. В процессе сорбции участвуют катионы кальция (2+). Максимальное увеличение концентрации катионов кальция в растворе происходит в первые сутки контакта модельного раствора с композиционным сорбентом, когда скорость сорбции в модельных растворах максимальна. Затем скорость миграции катионов кальция в раствор снижается и после достижения максимальной сорбции катионов свинца (2+) через 8 суток происходит снижение концентрации кальция в растворе, так как он принимает участие в процессе минерализации. Образование новых фаз содержащих карбонаты на поверхности гранул сорбента подтверждено данными электронно - микроскопического анализа.
5. Впервые экспериментально показано, что одновременно с сорбцией катионов свинца на поверхности композиционного сорбента происходит сорбция анионов NO31-. Полученные данные показывают, что значения сорбции увеличиваются с повышением концентрации анионов в растворе с 2,5 до 19,7 мг/л и с увеличением времени контакта в системе сорбент-сорбат. Максимальные значения степени сорбции анионов равны 48%. Степень сорбции анионов NO3- с увеличением концентрации и времени контакта понижается.
6. Данные электронно-микроскопического анализа показывают, что на поверхности сорбента происходит образование новых фаз в составе которых присутствует свинец. После выдержки в течение 8 суток образуются фазы с максимальным содержанием свинца 32,95 мас.%.
7. Из полученных экспериментальных данных следует, что композиционный сорбент способен одновременно очищать загрязненные водные ресурсы от катионов свинца, а также от анионов NO3-.
1. Изучены данные литературных источников, проведён модельный эксперимент в широкой области концентраций катионов Pb 2+ и анионов NO?.
2. Установлено, что при увеличении времени контакта в системе сорбент-сорбат происходит увеличение водородного показателя для всех модельных растворов независимо от концентрации .
3. Полученные экспериментальные данные по определению концентрации катионов свинца (2+) в растворах сорбата показывают, что степень сорбции в системе сорбент - сорбат зависит от концентрации катионов свинца (+2) и времени контакта. Чем выше концентрация катионов и время выдержки, тем больше степень сорбции. Через 5 суток контакта степень сорбции катионов свинца достигает 91-98% в зависимости от исходной концентрации модельного раствора. Через 13 суток практически равна 100%.
4. В процессе сорбции участвуют катионы кальция (2+). Максимальное увеличение концентрации катионов кальция в растворе происходит в первые сутки контакта модельного раствора с композиционным сорбентом, когда скорость сорбции в модельных растворах максимальна. Затем скорость миграции катионов кальция в раствор снижается и после достижения максимальной сорбции катионов свинца (2+) через 8 суток происходит снижение концентрации кальция в растворе, так как он принимает участие в процессе минерализации. Образование новых фаз содержащих карбонаты на поверхности гранул сорбента подтверждено данными электронно - микроскопического анализа.
5. Впервые экспериментально показано, что одновременно с сорбцией катионов свинца на поверхности композиционного сорбента происходит сорбция анионов NO31-. Полученные данные показывают, что значения сорбции увеличиваются с повышением концентрации анионов в растворе с 2,5 до 19,7 мг/л и с увеличением времени контакта в системе сорбент-сорбат. Максимальные значения степени сорбции анионов равны 48%. Степень сорбции анионов NO3- с увеличением концентрации и времени контакта понижается.
6. Данные электронно-микроскопического анализа показывают, что на поверхности сорбента происходит образование новых фаз в составе которых присутствует свинец. После выдержки в течение 8 суток образуются фазы с максимальным содержанием свинца 32,95 мас.%.
7. Из полученных экспериментальных данных следует, что композиционный сорбент способен одновременно очищать загрязненные водные ресурсы от катионов свинца, а также от анионов NO3-.
