Эта работа опубликована в сборнике статей с материалами трудов 1-ой международной телеконференции "Проблемы и перспективы современной медицины, биологии и экологии". Название сборника "Фундаментальные науки и практика Том 1, №1"

Посмотреть обложку сборника

Скачать информацию о сборнике (в архиве: обложка, тит. лист, оглавление, список авторов)

АО «Институт химических наук им. А.Б. Бектурова» (г.Алматы, Казахстан)

Калиева Б.К., Кабулова Г.К., Ергожин Е.Е.,  Бектенов Н.А., Никитина А.И.

В настоящее время во всем мире ощущается дефицит питьевой воды высокого качества, в связи с чем обострились проблемы доочистки питьевых, поверхностных и сточных вод от токсичных загрязнений, в том числе от солей тяжелых металлов. Поэтому разработка специальных методов водоподготовки имеет важное значение. Реагентные химические способы очистки воды не являются экологически чистыми и не могут удовлетворять требованиям современных природоохранных технологий.  По сравнению с ними использование для этих целей процессов сорбции и ионного обмена энергетически, экономически и экологически более выгодно.

Ртуть и ее соли обладают наибольшей токсичностью по сравнению с другими тяжелыми металлами [1]. Распределение ртути в окружающей среде имеет особое значение вследствие ее широкого использования и последующего сброса промышленных сточных вод и продуктивных растворов в водоемы. Токсичные ртутьсодержащие отходы образуются, например, при производстве каустической соды и ацетальдегида. Потери ртути при получении ацетальдегида на предприятии «Буна-Верке» в Германии не удается снизить менее чем до 150 г на 1 тонну конечного продукта. При производстве 100 тыс. т ацетальдегида в год в окружающую среду поступает около 15 т ртути. Двухзарядный катион Нg²⁺ способен образовывать осадки с рядом анионов или превращаться организмами в производные метил- и этилртути, являющиеся протоплазменными ядами (предельно допустимая концентрация этилртути в воде составляет 0,005 г/м³) [2].

В Казахстане сложилась неблагоприятная экологическая обстановка по загрязнению окружающей среды ртутью в результате деятельности промышленных заводов АО «Химпром» (г.Павлодар), ПО «Карбид» (г.Темиртау) [3]. Так за время функционирования ацетальдегидного производства в составе сточных вод завода «Карбид» было сброшено в р.Нуру более 500 т ртути. Кроме того, в реку поступали содержащие ртуть сточные воды Карагандинского металлургического комбината, а также стоки с сельскохозяйственных полей, на которых применялись в больших количествах ртутьорганические пестициды. Поэтому одной из важных экологических задач является очистка природных и промышленных сточных вод от ионов Hg²⁺.

Наиболее эффективным способом извлечения катионов Hg²⁺ из растворов и сточных вод является адсорбция с помощью ионообменников. В связи с этим представляет несомненный интерес с точки зрения защиты окружающей среды от вредного влияния ртути поиск новых ионитов, обладающих высокими сорбционными характеристиками по отношению к ионам Нg²⁺. Одним из перспективных направлений в области синтеза селективных сорбентов является получение  фосфорсодержащих ионообменников [4,5]. Они образуют комплексы с ионами  тяжелых металлов и проявляют высокую специфичность в процессах сорбции. Относительная сложность и многостадийность синтеза, а также высокая стоимость фосфорсодержащих ионитов не позволяют в настоящее время широко использовать их для адсорбционных процессов в промышленных масштабах. Более дешевыми являются сорбенты, получаемые фосфорилированием целлюлозы, однако стоимость чистой целлюлозы также относительно высока. Представляет интерес для синтеза ионообменников использование дешевого возобновляемого растительного сырья, в частности хлопка и пшеничной соломы.

            Цель данной работы – синтез фосфорнокислых катионитов на основе хлопка, пшеничной соломы и глицидилметакрилата и исследование их сорбционных свойств по отношению к ионам Hg²⁺.

            Применение в качестве целлюлозосодержащего сырья для получения  ионообменных полимеров хлопка является перспективным, поскольку хлопковое волокно состоит из  a-целлюлозы (91–96%),  b-целлюлозы (1–2%),  геми-целлюлозы (1–2%) и некоторых других веществ (лигнин, пектины, жиры, воски) [6]. Основными компонентами пшеничной соломы являются целлюлоза (31-33%), гемицеллюлозы (23-24%), лигнин (17-18%), фурфурол (15-17%) [7]. Благодаря наличию в них гидроксилсодержащих соединений хлопок и пшеничную солому можно использовать для получения ионообменных материалов. Синтез фосфорсодержащих катионитов осуществляли в две стадии путем фосфорилирования  хлопка или  пшеничной   соломы  ортофосфорной   кислотой  с последующей химической модификацией полученного продукта глицидилметакрилатом (ГМА). Статическая  обменная емкость (СОЕ) фосфорнокислых катионитов, полученных на основе хлопка и пшеничной   соломы, равны 7,2 и 6,2 мг-экв/г соответственно. В связи с этим можно предположить наличие у них высоких сорбционных свойств по отношению к ионам различных тяжелых металлов.

Извлечение ионов ртути из растворов Hg(NO₃)₂ изучали в статических условиях при соотношении катионит : раствор, равном   1 : 400, используя катиониты в Н⁺-форме. Время контакта варьировали от 15 мин до 5 часов. При содержании ионов Hg²⁺ в исходном растворе 2,36 г/л сорбционная емкость (СЕ) фосфорнокислого катионита на основе хлопка  равна 401,2 мг/г. По своей извлекающей способности он не уступает катиониту КУ-2х8. Максимальное значение СЕ по отношению к ионам Hg²⁺ катионита на основе пшеничной соломы составляет  421,6 мг/г (СЕ промышленного ионита КБ-4 равна 247,6 мг/г). Фосфорнокислые катиониты на основе хлопка и пшеничной соломы обладают довольно высокими кинетическими свойствами при извлечении Hg²⁺. Равновесное состояние достигается на катионите из хлопка и глицидилметакрилата за 1 ч, а на промышленных образцах КБ-4 и КУ-2х8 соответственно за 5 и 1 ч. Основная часть ионов ртути поглощается катионитом на основе  пшеничной соломы в течение 1 ч, хотя равновесие  наступает за 5 ч.

Таким образом, полученные результаты дают основание считать весьма перспективным использование синтезированных на основе хлопка и пшеничной соломы фосфорнокислых катионитов для очистки воды от ионов ртути (II). Их применение позволит эффективно обезвреживать водоемы, тем самым предотвращая попадание токсичной ртути в трофические цепи и улучшая экологическую обстановку.

Литература

1.      Цыганков А.П., Балацкий О.Ф., Сенин В.Н.  Технический прогресс-химия-окружающая среда.  М.: Химия. 1979. 296с.

2.      Тинсли И. Поведения химических загрязнителей в окружающей среде. М.: Мир.  1982. 281с.

3.      Сарсенова А.С., Чукпарова А.У., Шорабаев Е.Ж., Жамангара А.К., Тастанова А.Е., Саданов А.К. // Изв. НАН РК. Сер. биол. и мед. 2006. №1. С.53–56.

4.      Ергожин Е.Е., Бектенов Н.А., Акимбаева А.М. Полиэлектролиты на основе глицидилметакрилата и его сополимеров. Алматы: Эверо, 2004. 271 с.

5.      Кузин И.А., Коэмец Л.А. // ЖПХ. 1971. Т. 44 . № 4. С.764–768.

6.      Каримкулов К.М., Аскаров М.А. // Пласт. массы. 2009. №1. С.47–48.

7.      Заботина А.П., Горяев М.И. //Журн. Гидролизная и лесохимическая промышленность. 1962. № 4. С.12–13.