Очистка воды от ионов свинца с помощью полититанатов калия

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ОЧИСТКА ВОДЫ ОТ ИОНОВ СВИНЦА С ПОМОЩЬЮ ПОЛИТИТАНАТОВ КАЛИЯ

12 3

Ермоленко А.В. , Шевелев А.А. , Бурмистров И.Н.

1Ермоленко Анна Валерьевна - аспирант, кафедра химии и химической технологии материалов,

Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина, г. Саратов;

2Шевелев Алексей Анатольевич - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение 33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Минобороны России, г. Вольск-18;

3Бурмистров Игорь Николаевич - доктор технических наук, доцент, кафедра химии и химической технологии материалов,

Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина, г. Саратов

Аннотация: статья посвящена исследованию очистки воды от ионов тяжелых металлов. В решении данной задачи использовались полититанаты калия. Были исследованы динамические особенности процесса сорбции ионов свинца, сорбционная емкость полититанатов калия, а также с помощью СЭМ осуществлен контроль выпадения гидроксида свинца в осадок.

Ключевые слова: ионы свинца, полититанаты калия, очистка воды.

Современное развитие науки и техники и, как следствие, увеличение объемов производства во всех отраслях народного хозяйства, обостряют проблему загрязнения водных ресурсов растворимыми формами тяжелых металлов [1]. Важно отметить, что даже при соблюдении норм ПДК тяжёлые металлы имеют свойство накапливаться в объектах окружающей среды и организме человека.

В настоящее время реализован ряд способов очистки воды от ионов тяжелых металлов: сорбция на активированном угле, биосорбция, обратный осмос, адсорбция, мембранное разделение, ризофильтрация, химическое осаждение и ионный обмен [2].

Ионный обмен является одним из наиболее дешёвых способов очистки воды, в связи с чем разработке различных видов ионообменных материалов посвящено большое количество научных исследований [2-6].

Тем не менее, создание новых ионообменных веществ, которые обеспечат повышение эффективности ионообменной очистки сточных вод, является важной научной задачей. Согласно анализу современных работ большой научно -практический интерес представляет изучение ионообменных свойств аморфных полититанатов калия по отношению к ионам тяжелых металлов, которые по причине особенностей своего строения склонны к обмену ионов калия [3 -6].

В данной работе были исследованы ионообменные свойства полититаната калия по отношению к ионам свинца.

В качестве объекта исследования использовали полититанат калия, синтезированный по методике кристаллизации из расплава гидроксида калия, нитрата калия и диоксида титана [7]. Значение сорбционной емкости вычислялось после определения максимального количества сорбируемого свинца. Для этого раствор нитрата свинца смешивался с полититанатами калия, далее полученная суспензия выдерживалась до наступления динамического равновесия, и с помощью рентгенофлуоресцентного анализа определялось количество сорбированного свинца (в пересчете на исходный нитрат свинца), вычислялась сорбционная емкость, которая составила 551 мг/г.

На следующем этапе исследовались динамические характеристики процесса сорбции ионов свинца полититанатами калия. Для этого исследовалось изменение

интенсивности сорбции свинца во времени при эквимольном начальном соотношении сорбента и сорбата. Начальная концентрация нитрата свинца составляла 50 мг/мл. Результаты исследования представлены на рисунке 1.

60 п

Значение рН

Концентрация ионов свинца в пересчете на нитрат свинца, мг/мл

О

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Время, мин

Рис. 1. Сорбция ионов свинца

Из представленных данных видно, что, несмотря на эквимольное соотношение исходных веществ, за 45 минут концентрация ионов свинца в воде падает ниже порога обнаружения. Постепенное повышение значения рН свидетельствует об установлении динамического равновесия.

Полученные после сорбции полититанаты исследованы с помощью сканирующей электронной микроскопии, результаты которой представлены на рисунке 2.

Рис. 2. СЭМ полититанатов: а — до сорбции ионов свинца, б — после сорбции

Демонстрируемый рисунок 2 показывает, что структура и форма частиц остались прежними, что свидетельствует об исключении выпадения гидроксида свинца в осадок.

Таким образом, на примере нитрата свинца, было показано, что полититанаты калия являются эффективным сорбентом с высоким значением сорбционной емкости, что является основным преимуществом полититанатов калия перед другими сорбентами.

Список литературы

1. Дабахов М.В. Тяжелые металлы: Экотоксикология и проблемы нормирования / Дабахов М.В., Дабахова Е.В., Титова В.И. // Н. Новгород: ВВАГС, 2005. 165 с.

2. Елизарьева Е.Н. Особенности выбора фиторемедиационных технологий очистки почв и сточных вод от ионов тяжелых металлов / Елизарьева Е.Н., Янбаев Ю.А., Кулагин А.Ю. // Вестник удмуртского университета, 2016. № 3. Том 26. С. 7-19.

3. Третьяченко Е.В. Взаимодействие наноразмерных полититанатов калия с растворами солей переходных металлов / Третьяченко Е.В., Смирнова О.А., Никитюк Т.В., Викулова М.А., Ковалева Д.С. // Башкирский химический журнал, 2012. № 1. Том 19. С. 38-41.

4. Викулова М.А. Сорбционные свойства полититаната калия, модифицированного в водных растворах смесей солей переходных металлов / Викулова М.А., Ковалева Д.С., Третьяченко Е.В., Кругова Е.Ю., Гороховский А.В., Саунина С.И. // Фундаментальные исследования, 2015. № 12. С. 882-885.

5. Tretyachenko E.V. Adsorption and photo-catalytic properties of layered lepidocrocite-like quasi-amorphous compounds based on modified potassium polytitanates / Tretyachenko E.V., Gorokhovsky A.V., Yurkov G.Y., Fedorov F.S., Vikulova M.A., Kovaleva D.S., Orozaliev E.E. // Particuoogy, 2014. Vol. 17. P. 22-23.

6. Шевелев А.А. Квантово-химическое моделирование поверхности полититанатов / Шевелев А.А., Парфенов Д.А., Бурмистров И.Н., Алтухов С.П., Ермоленко А.В. // Фундаментальные исследования, 2014. № 6. С. 1169-1172.

7. Sanchez-Monjaras T. Molten Salt Synthesis and Characterization of Potassium Polytitanate Ceramic Precursors with Varied TiO2/K2O Molar Ratios / Sanchez-Monjaras T., Gorokhovsky A.V., Escalante-Garcia J.I. // J. Am. Ceram. Soc., 2008. № 9. Vol. 91. P. 3058-3065.

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ИНДУКТИВНЫЕ НАКОПИТЕЛИ

ЭНЕРГИИ Мифтахов К.Р.1, Орлов А.В.2

1Мифтахов Камиль Рашитович - студент, направление: мехатроника и робототехника, кафедра автоматизации технологических процессов; 2Орлов Алексей Вениаминович - кандидат технических наук, доцент, кафедра естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин, Филиал федерального государственного бюджетного общеобразовательного учреждения

высшего образования Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Стерлитамак

Аннотация: в статье рассмотрены основные проблемы современной энергетики. Проанализированы использующиеся на данный момент накопители энергии. Особое внимание обращается на принципиально новый вид накопителя энергии, и его перспективы использования.

Ключевые слова: современная энергетика, накопители энергии, СПИН, энергосистемы.

Известно, что нагрузка энергосистем во время их работы различается по величине и по времени. Производство электроэнергии на электростанциях практически повсеместно равно ее потреблению (не учитывая потери). Получается, производство электроэнергии должно подстраиваться под саму нагрузку и ее пики. Однако не все