Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы все более актуальной становится проблема загрязнения водных источников тяжелыми металлами, которые имеются в гидросфере в следовьтх концентрациях и содержание которых значительно увеличивается в результате технологических процессов.
Для очистки питьевой и сточных вод от тяжелых металлов наибольшее распространение получили адсорбционные и ионообменные методы. Среди применяемых в настоящее время материалов все больший вес приобретают активированные угли (АУ) - доступные и недорогие технологичные материалы. Обладая как ионообменными, так и сорбционными свойствами, они превосходят синтетические ионообменные смолы по своей термической, химической и радиационной устойчивости. Химически модифицированные АУ в ряде случаев обладают селективностью при извлечении отдельных загрязнителей из многокомпонентных систем. Важной особенностью АУ является их электропроводность, что позволяет, изменяя их электрохимические характеристики, влиять на адсорбционные свойства.
Применение метода электрохимически управляемой гемосорбции, созданного М.М. Гольдиным для детоксикации организма, к очистке водных растворов от тяжелых металлов безусловно представляет интерес. Такой подход может позволить создать новые селективные процессы очистки воды и существенно расширить круг объектов, извлекаемых из воды методом электрохимически управляемого процесса.
Учитывая особенности методов синтеза химически модифицированных электродов, можно считать АУ, обладающие высокой электропроводностью, химической стабильностью, а также широким набором различных функциональных групп на поверхности, исключительно удобными для создания модифицированных электродов. Применяя методы химического и злектрохимігческого модифицирования углеродной поверхности можно рассчитывать на улучшение емкостных и кинетических характеристик адсорбции, а также ее селективности.
Для практического применения метода электрохимически управляемой адсорбции представляется необходимым исследовать адсорбционные свойства активированного угля в зависимости от потенциала и состояния поверхности.
Цель работы. Исследование механизма адсорбционных процессов на поляризованных активированных углях и разработка электрохимически управляемого адсорбционного метода селективной очистки водных растворов от тяжелых металлов.
При этом решались следующие задачи:
исследование адсорбционных характеристик предварительно поляризованных углей при адсорбции катионов металлов;
изучение адсорбционного процесса на АУ, поляризуемых в процессе адсорбции;
исследование влияния потенциала на адсорбционные характеристики активированных углей, модифицированных биопигментами;
исследование механизма процесса электросорбции с помощью изотерм адсорбции при различных потенциалах;
изучение адсорбционно-десорбционых характеристик поляризованных углей;
создание электрофильтров для очистки водных растворов от тяжелых металлов.
Научная новизна. Разработан электрохимический метод управления адсорбцией катионов Ag+, Cu2f, Zn2+, Са2+ на АУ.
Обнаружена и исследована зависимость величины адсорбции катионов Ag+, Cu2+, Zn2+ на активированных углях от потенциала и концентрации адсорбата.
Установлена и изучена зависимость кинетики адсорбции катионов Ag+ и Си2+ от величины потенциала предварительно поляризованных углей.
Исследованы изотермы и кинетические характеристики адсорбции катионов Cu2+, Zn2+ соответствующие различным потенциалам активированного угля.
Показано, что в зависимости от величины потенциала АУ адсорбция катионов описывается различными видами юотерм: Ленгмюра, Генри и S-образными изотермами. Изменение механизма адсорбции связано с изменением состава и свойств поверхностных соединений под действием поляризации.
Обнаружено улучшение адсорбционных характеристик адсорбента при химическом модифицировании его поверхности кверцетином. Установлено, что адсорбционные характеристики АУ, модифицированного кверцетином, по отношению к катионам Си2+, Са2+ зависят от потенциала угля и состава раствора.
Практическая ценность. Разработан способ селективной очистки водных растворов от катионов тяжелых металлов с помощью элеорохимически управляемой адсорбции на поляризованных АУ.
Интенсификация процесса адсорбции катионов Си+, Zn + может быть достигнута путем изменения потенциала адсорбента.
Разработан метод предварительной поляризации углей для селективной очистки водных растворов от катионов тяжелых металлов. Предложено промотпровать предварительно поляризованные АУ солями металлов с целью увеличения сроков хранения адсорбентов.
Увеличены адсорбционная емкость и селективность с помощью химического модифицирования АУ кверцетином. Найдены эффективные режимы электросорбции катионов Си2+, Са2+ из водных растворов.
Разработан безреагентный метод регенерации отработанных поляризованных углей с помощью изменения потенциала АУ.
Совокупность полученных данных позволила создать электрофильтры, способные эффективно очищать питьевую воду и сточные воды гальванических производств от катионов тяжелых металлов.
Апробация работы. Основные результаты доложены на международной конференции «Наука и техника хозяйству болышгх городоЕ» (Москва, 1996), Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-10» (Москва, 1996).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного
обзора, описания методик эксперимента, экспериментальной части и обсуждения
результатов, выводов и списка литературы. Работа изложена на ІІ-2. страницах
машинописного текста, содержит рисунка и таблицы. Список литературы
