WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


1 Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН» №1(21)2003 URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2003/informbul-1/hydroterm-20.pdf ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (CU, ZN, PB, CD, CO, NI, MN) АЛЮМОСИЛИКАТНЫМИ ГЕЛЯМИ А.В. Савенко Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова;

119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет, кафедра геохимии Ключевые слова: тяжелые металлы, алюмосиликатные гели, геохимические барьеры Создание защитных экранов на основе алюмосиликатных гелей является весьма перспективным технологическим решением проблемы локализации антропогенных загрязнений. Было установлено [1], что алюмосиликатные гели обладают высокой поглотительной способностью в отношении тяжелых металлов. Вместе с тем, методика проведения исследований [1] была недостаточно корректной, поскольку использовавшийся алюмосиликатный гель не отделялся от интермицеллярного раствора, содержащего оксалат- и сульфат-ионы, которые дают труднорастворимые соединения с тяжелыми металлами и способны изменять параметры сорбционного равновесия благодаря явлениям комплексообразования. С целью уточнения имеющейся информации нами было проведено более детальное изучение поглощения тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni, Mn) алюмосиликатными гелями в широком диапазоне кислотности растворов.

В процессе эксплуатации алюмосиликатных гелевых экранов происходит достаточно быстрый диффузионный вынос растворенных компонентов в окружающую среду, и в иммобилизации загрязняющих веществ решающую роль играет твердая фаза. Поэтому основное внимание в наших экспериментах было уделено изучению сорбционных свойств чистого алюмосиликатного геля, отмытого от интермицеллярного раствора многократной декантацией дистиллированной водой до отсутствия качественной реакции на SO2- с барием. В дополнение к этому 4 были проведены опыты по изучению взаимодействия растворов, содержащих тяжелые металлы, с интермицеллярной жидкостью алюмосиликатного геля.

Использовавшийся в экспериментах алюмосиликатный гель был приготовлен по стандартной методике [1] путем смешения раствора силиката натрия плотностью 1.19 г/см3 и комплексного отвердителя, содержащего 50 г/л сульфата алюминия и такое же количество щавелевой кислоты. Сорбция тяжелых металлов на отмытом алюмосиликатном геле изучалась в растворах фоновых электролитов NaClO4 и CH3COONa, концентрации которых составляли соответственно 0.10 и 0.05 М. Величина рН растворов регулировалась в интервале от 3.9 до 6.5 добавлением переменных количеств ледяной уксусной кислоты. Содержание воды в геле, определенное высушиванием при 110 °С, составляло 90 %. Весовое отношение гель : раствор в опытах было постоянным и равным 1 : 50 или 1 : 500 в пересчете на сухое вещество геля. Концентрации тяжелых металлов в исходных растворах изменялись в широких пределах – от 45 до 250 мкМ. Эксперименты по изучению взаимодействия растворов, содержащих тяжелые металлы, с интермицеллярной жидкостью алюмосиликатного геля проводились следующим образом. К 50 мл смесей интермицеллярного раствора с дистиллированной водой добавлялось по 10 мл раствора нитратов тяжелых металлов, концентрация каждого из которых составляла примерно 11 мМ.

Исходная концентрация тяжелых металлов в опытах находилась в пределах от 1.5 до 2.1 мМ;

доля интермицеллярного раствора изменялась от 33 до 83 %. В течение 7 дней пробы интенсивно перемешивались, после чего фильтровались через плотный бумажный фильтр “синяя лента”. В фильтрате измерялась величина рН потенциометрическим методом и определялись остаточные концентрации тяжелых металлов атомно-абсорбционным методом.

Изучение сорбционных свойств чистого алюмосиликатного геля показало, что во всем диапазоне характерных для экспериментов равновесных концентраций тяжелых металлов изотермы сорбции имеют линейный вид:

Гi = Kd [ i ], (1) где Гi – удельная сорбция элемента i, мкмоль/кг; [ i ] – концентрация элемента i в равновесном растворе, мкМ; Kd – коэффициент распределения металлов между раствором и гелем, л/кг.

В результате обработки экспериментальных данных по уравнению (1) были получены осредненные значения коэффициентов распределения тяжелых металлов для серий экспериментов с различной кислотностью растворов (табл. 1). Как видно из этой таблицы, параметры сорбционного равновесия для кобальта, никеля и марганца не зависят от кислотно-щелочных условий, тогда как эффективность поглощения меди, цинка, свинца и кадмия увеличивается при снижении кислотности среды в соответствии с линейными уравнениями связи между логарифмом Kd и величиной рН:

lg Kd = a + bpH, (2) где a и b – параметры, численные значения которых приведены в табл. 2.

Таблица Коэффициенты распределения тяжелых металлов (Kd, л/кг) между раствором и гелем Металл Cu Zn Pb Cd Co Ni Mn рН 6.43 ± 0.05 26.7 ± 3.6 5.7 ± 0.3 54.6 ± 2.4 4.9 ± 0.4 4.0 ± 0.7 3.1 ± 0.4 3.2 ± 0.4.98 ± 0.01 7.1 ± 1.6 2.0 ± 0.3 11.0 ± 2.6 3.0 ± 0.7 4.4 ± 0.9 2.6 ± 0.5 2.9 ± 1.3.92 ± 0.01 2.4 ± 0.4 1.7 ± 0.4 4.4 ± 1.1 1.7 ± 0.8 3.9 ± 1.2 2.3 ± 0.4 3.3 ± 1.Таблица Значения параметров и коэффициентов корреляции уравнений связи (2) Металл a b r Cu – 1.220 0.416 0.Zn – 0.673 0.218 0.Pb – 1.086 0.440 0.Cd – 0.449 0.181 0.Сорбционная способность алюмосиликатных гелей в отношении изученных элементов сильно различается (табл. 1). Наибольшее поглощение во всем диапазоне рН характерно для свинца. Поглощение меди также довольно значительно, но примерно в два раза менее эффективно. Сорбционное удаление цинка, кадмия, кобальта, никеля и марганца невелико: величины Kd для этих элементов не превышают 6 л/кг.

Образование труднорастворимых оксалатов и сульфатов тяжелых металлов при взаимодействии с интермицеллярной жидкостью алюмосиликатных гелей может увеличивать эффективность защитных гелевых экранов на первом этапе эксплуатации. Действительно, как показали результаты экспериментов, в смеси, содержащей от 33 до 83 % интермицеллярного раствора, происходило удаление 96.1–98.6 % свинца, 83.8–98.2 % кадмия, 60.9–92.7 % цинка и 23.9– 91.1 % марганца. Однако удаление меди, кобальта и никеля в результате осаждения собственных минеральных фаз было незначительным и при содержании 33–83 % интермицеллярного раствора в смеси составляло соответственно 4.5–51.3, 8.6–27.7 и 1.1–4.8 %.

Таким образом, для алюмосиликатных гелевых барьеров в целом характерна довольно высокая эффективность иммобилизации тяжелых металлов. При этом в течение времени диффузионного выноса растворенных солей интермицеллярной жидкости за пределы гелевых экранов важную роль играет образование собственных труднорастворимых соединений тяжелых металлов с оксалат- и сульфат-ионами. Это позволяет увеличивать иммобилизацию загрязнителей путем введения в гелеобразующие смеси растворенных веществ, инертных по отношению к алюмосиликатной фазе, но способных давать труднорастворимые соединения со слабосорбируемыми элементами.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Отмытые от интермицеллярной жидкости алюмосиликатные гели обладают высокой сорбционной способностью в отношении свинца и меди и низкой сорбционной способностью – в отношении цинка, кадмия, кобальта, никеля и марганца.

2. Эффективность сорбционного поглощения меди, цинка, свинца и кадмия увеличивается при снижении кислотности среды в соответствии с линейными уравнениями связи между логарифмом коэффициентов распределения металлов Kd и величиной рН, тогда как параметры сорбционного равновесия для кобальта, никеля и марганца не зависят от кислотно-щелочных условий.

3. Образование труднорастворимых соединений свинца, кадмия, цинка и марганца с оксатат- и сульфат-ионами, содержащимися в интермицеллярной жидкости алюмосиликатных гелей, приводит к иммобилизации значительных количеств этих металлов даже при высокой доле дистиллированной воды в смеси. Для меди, кобальта и никеля осаждение собственных минеральных фаз происходит с меньшей эффективностью.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (по проекту № 01–05–64668).

Литература 1. Защита подземных вод от загрязнения в районах проектируемых и действующих хвостохранилищ (под ред. В.И. Сергеева). М.: Изд-во МГУ, 1992. 168 с.

Вестник Отделения наук о Земле РАН - №1(21)Информационный бюллетень Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии 2003 года (ЕСЭМПГ-2003) URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2003/informbul-1/hydroterm-20.pdf Опубликовано 15 июля 2003 г.

© Отделение наук о Земле РАН, 1997 (год основания), При полном или частичном использовании материалов публикаций журнала, ссылка на "Вестник Отделения наук о Земле РАН" обязательна











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.