Розділ 3. Практична частина. Отримання та аналіз важких металів із стічних вод підприємств методом сорбції
Розглянемо основні методи сорбції важких металів із стічних вод підприємств. Аналіз стічних вод має одну особливість, а саме – достатньо великі об’єми аналізованих розчинів, що дозволяє використовувати методи концентрування. Для концентрування стічних вод використовують методи екстракції, випарювання, сорбції. Кожен із приведених методів має як свої позитивні так і негативні сторони. Процеси екстракції потребують використання органічних розчинників: хлороформу, бензолу, толуолу, чотири хлористого вуглецю. Але використання органічних розчинників, випарювання їх досить вогненебезпечне. Методи випарювання не потребують ніяких розчинників, проводяться у водному середовищі, але по часу вони доволі тривалі і їх не можна використати для експрес-аналізу. Метод сорбції потребує використання спеціальних органічних чи неорганічних сорбентів. Метод сорбції в останній час активно розвивається, у його розвитку використовують методи та методики сорбції, які були розроблені раніше для виділення урану, плутонію. Наприклад, в Україні такі роботи велися на Придніпровському гірничо-збагачувальному комбінаті, де на основі методик первинного збагачення уранової руди розробили установки для промислової сорбції рідкоземельних та благородних металів. В останній час викликають інтерес природні сорбенти – цеоліти, які проявляють активну сорбційну дію.
|
|
|
Виділення важких металів із стічних вод методом сорбції
При аналізі стічних вод широкими можливостями володіє метод сорбції. При його використанні можна досягти коефіцієнтів концентрування до 
. Сорбцію проводять як у статичних так і у динамічних умовах, використовують сорбційні фільтри. У якості сорбентів використовують активне вугілля, сульфовугілля, синтетичні іоніти, комплексоутворюючі сорбенти.
Розроблені методи поглинання хелатів [8, 10], а саме Cd, Co, Cr, Cu, Dy, Eu, Hf, Hg, Mn, Ni, Pb, Re, Sm, Tb, Zn переводили в 8-оксихінолінати при РН = 8 та поглинали утворені хелатні сполуки активованим вугіллям. Мікроелементи поглиналися кількісно, коефіцієнт поглинання досягав значення . Для подальшого аналізу використовували методи атомно-абсорбційної спектрометрії.
Ще більш зручні для проведення експрес-аналізів сорбційні фільтри. Фільтр із привитими групами 
кількісно поглинає близько 12 мікроелементів (в основному важкі метали та благородні), які містяться у стічних водах та промислових водах підприємств у звішеному та іонному вигляді. Після висушування фільтр аналізують методом ренггено-фазового аналізу, границя виявлення мікроелементів складає 
.
Високі значення коефіцієнтів концентрування досягаються при використанні статичних умов сорбції. Наприклад в [8] у якості сорбента запропоновано використати метатитанову кислоту. По методиці до проби об’ємом 2 літри додають 200 мг сорбента і перемішують. Після відстоювання осаду фільтрують для отримання осаду, потім осад разом із беззольним фільтром (баритові фільтри) прожарюють при температурі 350 – 400ºС. отриманий концентрат змішують із хімічно чистим графітовим порошком та хлоридом натрію та аналізують. Цим методом досягають кількісної сорбції більшості металів, а саме Al, Bi, Co, Cg, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, W, V, Zn. Коефіцієнт концентрування складає , границя виявлення мікроелементів 
.
|
|
|
Серед неорганічних сорбентів особливе місце по поширеності та по дешевизні займає активне вугілля різних марок та видів. Активне вугілля являється селективним полі функціональним катіонітом. Воно легко регенерується, досить стійке до хімічного, радіаційного та термічного впливу. Із допомогою активного вугілля проводять визначення хрому, молібдену та ванадію у водах різноманітної природи. Їх поглинають окисненим вугіллям та в подальшому спалюють отриманий концентрат в пальниках при атомно-емісійному аналізі.
|
|
|
В [12] розглянуто процеси сорбції на сорбентах різноманітної хімічної природи.
У книзі приведено класифікацію сорбентів на основі їх хімічної будови та властивостей. Згідно [12] виділяють сорбенти із комплексоутворюючими групами, сорбенти на неорганічній матриці, сорбенти модифіковані комплексоутворюючими реагентами, неорганічні сорбенти.
Промисловістю виготовляються промислові сорбенти із різноманітними комплексоутворюючими групами. Наприклад сорбент Келекс – 100 використовується для одночасного концентрування кадмію, кобальту, заліза, молібдену та нікелю при аналізі вод різної природи та біологічних об’єктів у токсикологічному аналізі. Для виявлення важких металів запропоновані умови: об’єм проби – 200 мл, РН = 7 – 8, тиски 200 – 300 кПа, час концентрування 20 хв. Фільтри після концентрування аналізують рентгенофлуоресцентним методом [12].
Останнім часом синтезовано сорбенти із різноманітними комплексоутворюючими групами. Наприклад сорбент Р-Д містить привитий дитизон (рис.3.1.), матрицею його слугує полістирол.
Рис. 3.1. Залишок комплексоутворюючой групи сорбента Р-Д.
Сорбент використовували для сорбції рідкоземельних та благородних металів із стічних вод гальванічних цехів, підприємств кольорової металургії.
|
|
|
Також синтезовані сорбенти ПВБ-МП, ПОЛІСОРГ VI, матрицями яких є сополімери стирола із дивініл бензолом, полівініленові волокна із комплексоутворюючими групами:
Отримані сорбенти використовують для аналізу та концентрування в основному благородних металів та деяких рідкоземельних металів при одночасному перебуванні у розчині таких поширених металів як мідь, алюміній, кобальт, нікель, залізо та інші.
У якості матриці використовують не тільки синтетичні полімери, а і природні, найчастіше целюлозу. Так волокнистий сорбент Мтилон Т, який містить групу 
, запропоновано для аналізу стічних вод гальванічних цехів, для концентрування таких металів як мідь, срібло, золото.
Такі метали як Al, Bi, Co, Cg, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, W, V, Zn запропоновано концентрувати за допомогою целюлозних обмінних фільтрів, попередньо в целюлозу вводиди групу хромотропової кислоти. Утворену сполуку можна зобразити формулою, що приведена на рисунку 3.2.
Рис. 3.2. структура целлюлозно-хромотропового сорбента.
Розроблений метод відрізняється простотою, оскільки целюлозні фільтри можна без попередньої обробки аналізувати за допомогою рентгено-флуоресцентного методу.
Також для концентрування важких металів запропоновано в [12] використовувати целюлозу оброблену 1-(2-оксофенілазо)-2-нафтолом:
Обмінна ємність отриманої смоли рвівна 0,5 мМоль/г.
Комплексоутворюючі групи можна привити не тільки на органічні речовини, створено велику кількість сорбентів на основі мінеральних матриць. У якості останніх найчастіше використовують силікагель та скляні кульки чи гранули. Отримані таким чином ненабухаючі сорбенти – це своєрідний гібрид синтетичних органічних та неорганічних сорбентів.
Комплексоутворюючі групи не обов’язково зв’язувати із матрицею хімічним шляхом, у всякому випадку міцними ковалентними зв’язками. Такі реагенти можна закріпити на поверхні іоніта у вигляді другого шару – шару притиіонів або ж використати пористі матриці у яких розчинятиметься комплексоутворювач.
Із допомогою вказаних вище модифікованих комплексоутворювачами сорбентів запропоновано концентрувати важкі метали, а зокрема ртуть та кадмій. Для цього використовували диетилтіокарбінат нартрію, який наносили на сорбент хромосорб W-DMCS. В залежності від природи іону та типу осаджувача отримані коефіцієнти концентрування 50 – 300.
До числа неорганічних сорбентів відносять оксиди та гідроксиди металів (силікагель, оксид алюмінію, гідратований оксид титану)солі металів (сульфіди, фосфат цирконію), солі гетерополікислот. Механізмом їх діє є комплексоутворення та іонний обмін. Перевагами неорганічних сорбентів є стійкість до нагрівання, радіації, органічних розчинників, висока вибірковість. До недоліків неорганічних сорбентів можна віднести невисоку ємність, не відтворюваність сорбційних властивостей у різних партіях сорбентів.
У якості перспективного сорбента можна використати гідратований оксид титану, який є напівпродуктом виробництва титанових пігментів из ільменіту. Йому притаманні дешевизна та поширеність, низька розчинність, стійкість до термообробки та старіння. При його допомозі в [23] розглянуто виділення тривалентного заліза, нікелю та міді із промислових вод.
У якості сорбента використовують також гідроксид та фосфат цирконію, які володіють по даних [15] високою вибірковістю, термічною та хімічною стійкістю, а також високою обмінною ємністю порівняно із іонітами та гідроксидами заліза, титану та алюмінію.
У якості неорганічних сорбентів використовуються гідратовані оксиди сурми (V), цирконію, для виявлення та сорбції сполук ртуті використовують сульфід свинцю. Але по цих речовинах точних данних та результатів досліджень недостатньо.
Із сказаного вище можна зробити висновок, що процеси сорбції дозволяють кількісно виділити велику кількість важких металів із розчинів. Високе значення коефіцієнту концентрування, яке складає для більшості адсорбентів величину порядку 
дозволяє проводити аналізи малої кількості речовин та розчинів. Ала відсутність селективних сорбентів не дозволяє використовувати фотометричні чи хімічні методи аналізу, більш поширеними є рентгено-спектральні та інші спектрометричні методи.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 251; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!