Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Абалдуева Евгения Владимировна

Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон
<
Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Абалдуева Евгения Владимировна. Сорбционные свойства различных аминосодержащих хемосорбционных волокон : диссертация ... кандидата химических наук : 05.17.06.- Москва, 2005.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-2/98

Содержание к диссертации

Введение

1 Литературный обзор 8

1.1 Методы получения волокнистых хемосорбентов 8

1.2 Закономерности сорбции ионов тяжелых металлов полимерными хемосорбентами 36

2 Методическая часть 52

3 Экспериментальная часть 66

3.1 Закономерности получения аминосодержащего хемосорбционного поликапроамидного волокна с использованием полифункциональных модификаторов 66

3.2 Исследование сорбции тяжелых металлов аминосодержащим хемосорбционным поликапроамидным волокнами 78

3.3 Изучение влияния химической природы и физической структуры полимерной матрицы хемосорбционного волокна на сорбционные свойства 100

Выводы 131

Литература 133

Введение к работе

Резкое ухудшение экологической обстановки вследствие загрязнения водоемов промышленными отходами, в частности солями тяжелых металлов и увеличение водопотребления выдвигает сохранение гидросферы в одну из важных экологических проблем современности.

В связи с этим весьма актуальна разработка малоотходных технологий, основанных на использовании высокоэффективных сорбентов для улавливания вредных веществ. К числу таких сорбционных материалов относятся и хемосорбционные волокна, обладающие высокоразвитой удельной поверхностью, которая существенно превосходит поверхность гранулированных и порошковых сорбентов. Эти преимущества прежде всего сказываются на кинетике сорбционных процессов и полноте улавливания веществ. Кроме того, волокнистая природа позволяет иметь разнообразную форму фильтров, что способствует созданию на их основе рационального оформления технологических процессов.

В настоящее время накопилось достаточно обширная информация о закономерностях получения хемосорбционных волокон, имеющих различную химическую природу полимера и функционально-активных групп. Однако сорбционные свойства таких материалов освещены крайне недостаточно, что затрудняет определение рациональных областей применения хемосорбционных волокон. Отсюда принципиальное значение приобретает накопление данных о закономерностях сорбции волокнистыми хемосорбентами различных веществ, что позволит создать новые высокоэффективные способы очистки технологических и сточных вод и, тем самым, не только предотвратить загрязнение окружающей среды, но и сократить расход ценного сырья.

Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с проектом МНТПП № 203 «Химические технологии» (раздел 2 «Общая химическая технология») научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники».

Цель работы: Разработка способа получения хемосорбционного аминосодержащего волокнистого комплексита и выявление закономерностей сорбции ионов тяжелых металлов.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

изучить основные закономерности реакции полимераналогичных превращений оксирановых групп привитых цепей полиглицидилметакрилата модифицированных волокон при действии полифункциональных аминов;

установить условия получения хемосорбционных волокон;

изучить основные закономерности процессов сорбции ионов тяжелых металлов аминосодержащими хемосорбционными волокнами.

Научная новизна:

Показано, что использование нового модификатора -триэтилентетрамина для полимераналогичных превращений привитого полиглицидилметакрилата обеспечивает возможность формирования комплексита трехмерной структуры с высоким содержанием лигандных групп, что обуславливает сорбцию паров воды на уровне гидратцеллюлозного волокна.

Дано количественное описание закономерностей сорбции ионов тяжелых металлов полифункциональными аминосодержащими хемосорбционными волокнами. Определены кинетические и термодинамические параметры процессов, коэффициенты внутренней диффузии, найдены аналитические выражения изотерм сорбции ионов-комплексообразователей в координатах уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха, позволяющие прогнозировать параметры сорбционных процессов.

Установлено влияние структуры хемосорбционных волокон на кинетику процессов сорбции меди. Показано снижение начальной скорости и времени полусорбции волокном на основе поликапроамида

по сравнению с аналогичными волокнами на основе поливинилового
спирта и гидратцеллюлозы вследствие более низких молекулярной
динамики звеньев с функционально-активными группами и
коэффициента диффузии в результате образования более плотной
структуры поверхностного слоя хемосорбционного

поликапроамидного волокна, в котором расположены лигандные группы.

Практическая значимость:

В работе доказана целесообразность и универсальность метода прививочной полимеризации глицидилметакрилата с последующим введением функционально-активных групп для получения нового ассортимента волокон технического назначения для решения природоохранных задач.

Определены условия получения волокнистых хемосорбентов с использованием в качестве прекурсора химических волокон, модифицированных прививкой полиглицидилметакрилата, при действии триэтилентетрамина со статической обменной емкостью на уровне 4-5 ммоль/г, которая значительно выше известных хемосорбционных аминосодержащих волокон.

Установлено, что полифункциональные аминосодержащие волокнистые хемосорбенты, содержащие первичные и вторичные аминогруппы, имеют сорбционную емкость по ионам меди на уровне 220-240 мг/г, что позволяет рекомендовать их для очистки сточных вод и для химико-аналитических целей в системах экологического мониторинга окружающей среды.

Закономерности сорбции ионов тяжелых металлов полимерными хемосорбентами

В научно-технической литературе отсутствуют данные о технологии получения таких волокон. Указывается только, что для формования волокна используется смесь полиэтилена (полипропилена) и измельченных (размер частиц 1 мкм) гранулированных сорбентов на основе полистирола. Волокна подвергают обработке сшивающими реагентами для образования пространственно сшитого полимера. Согласно патентным данным, Ионекс выпускается в виде волокон длиной 0,2-0,1 мм (кнопп) и толщиной около 40 мкм и возможно получение такого волокна в виде штапельного. Несмотря на содержание в волокне гибкоцепных полимеров (полиолефинов), хемосорбционные волокна на основе полистирола обладают низкой эластичностью. Волокна Ионекс выпускают под маркой Тин с СОЕ от 1,5 до З ммоль/г (таблицаї). Ионекс в смеси с гранулированными сорбентами рекомендован для очистки конденсата на атомных электростанциях, удаления вредных веществ из промстоков и в качестве носителей катализаторов.

Аналогичный подход получения хемосорбционных волокон из смесей полимеров описан в [17]. Тонкоизмельченный гранулированный катионит с сульфокислотными группами вводили в 10 %-ный раствор ПАН в водном растворе хлорида цинка в количестве 20 %. Формование волокна из данной дисперсии осуществляли в водную осадительную ванну. В этих условиях получено волокно с СОЕ 0,6 ммоль/г.

Таким образом, формование хемосорбционных волокон из смесей полимеров только на первый взгляд является относительно простым методом. Однако трудности получения устойчивых растворов из смесей волокнообразующего и неволокнообразующего полимеров существенно осложняет технологию формования волокон, а возможность вымывания сорбционно-активного компонента волокна диктует необходимость проведения дополнительной операции - образования трехмерной сетки в волокне. Вместе с тем, данный метод может быть использован в сочетании с другими вариантами получения сорбционно-активных материалов.

Способ формования волокнистых хемосорбентов из сополимеров с химически-активными группами в основной цепи нашел широкое применение при получении хемосорбционных волокон группы Вион [4]. В этом случае в качестве волокнообразующего компонента обычно используют акрилонитрил, а состав ионогенных сомономеров, обеспечивающих введение в структуру волокна сорбционно-активных групп, достаточно разнообразен. Это - метилвинилпиридин, винилимидазол, и-стиролсульфонат натрия и др. Сформованные из полученных сополимеров волокна подвергают химической или термической обработке с целью образования в них трехмерной пространственной сетки, предотвращающей растворение волокон в сорбционной среде и обеспечивающей возможность их многократного использования в циклах сорбция-десорбция. В [18,19] в качестве компонента с сорбционно-активными группами использовали 1-винилимидазол. Известно, что азольные соединения, содержащие в различных положениях атомы азота, способны образовывать комплексы с металлами. Сополимеризацию винилимидазола с акрилонитрилом проводили в диметилсульфоксиде при соотношении исходных мономеров 30:70 % соответственно в присутствии персульфата аммония в количестве 0,2-0,4 % от массы мономеров. Формование волокна осуществляли в осадительную ванну, содержащую 30 % диметилсульфоксида в воде.

Ориентационное вытягивание осуществляли в пластификационной ванне при температуре 140 С. При степени вытягивания 360 % получено волокно с разрывной прочностью 14 сН/текс. Введение в полиакрилонитрильную цепь объемных молекул винилимидазола способствует не только разрыхлению структуры сополимера, но и влияет на усадочные характеристики волокна, что проявляется в снижении температуры его эксплуатации до 50 С. Устойчивость волокна в среде разбавленных кислот и гидроксидов обеспечивается введением в формовочный раствор оксираново-дианового олигомера ЭД-20 в количестве 3 % от массы сополимера, который взаимодействует с активными группами сополимера, образуя трехмерную химическую сетку. Указывается, что полученное хемосорбционное волокно имеет СОЕ на уровне 3 ммоль/г.

Описан способ [20-23] получения волокнообразующих сополимеров, содержащих сульфокислотные группы, на основе АН и металлилсульфоната натрия. При синтезе указанных сополимеров в водной среде содержание МАС в сополимере не превышало 10 %, так как при более высоком его содержании снижается конверсия и молекулярная масса сополимера, что приводит к ухудшению волокнообразующих свойств. В то же время при синтезе в апротонном диполярном растворителе - ДМСО - получены волокнообразующие сополимеры с содержанием металлилсульфоната натрия до 15 %. Применение в качестве растворителя ДМСО позволяет не только повысить активность ионогенного мономера - металлилсульфоната натрия, но и осуществить формование волокна в более стабильных условиях, обеспечивающих полное высаживание полимера [23]. Относительно низкое содержание химически-активного мономера при получении сополимера связано с возможной передачей цепи на аллиловый компонент. Отсутствие диссоциации сульфокислотных групп металлилсульфонат натрия в ДМСО и электростатического отталкивашія между растущим концом полимерной цепи, содержащим металлилсульфонат натрия, и одноименной молекулой мономера приводит к повышению активности МАС и сопровождается активизацией реакций передачи цепи на аллиловый мономер, способствующей получению сополимера с низкой молекулярной массой. Это определяет относительно низкую молекулярную массу сополимера и наряду с этим большую продолжительность сополимеризации при синтезе в органическом растворителе (в ДМСО не менее 70 ч).

Для увеличения молекулярной массы сополимера синтез проводили при 20-35 С и введении в реакционную систему 2,5 % воды, используя инициирующую систему персульфат калия-метабисульфит натрия. Снижение температуры синтеза (от 70 до 28 С) и изменение среды (введение 2,5 % воды) уменьшают долю реакций передачи цепи на аллиловый мономер, что позволяет увеличить молекулярную массу сополимера. Введение в реакционную смесь воды повышает способность металлилсульфоната натрия к диссоциации, но при этом, как было отмечено [24], снижается активность его при синтезе полимера. При содержании в ДМСО воды более 2,5 % растворы сополимера неустойчивы во времени. Таким образом, на процесс синтеза сополимера и его состав существенное влияние оказывает присутствие сульфокислотных групп, способных к диссоциации в водной среде и в ДМСО в присутствии воды.

Закономерности получения аминосодержащего хемосорбционного поликапроамидного волокна с использованием полифункциональных модификаторов

Биохимический метод применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических веществ (Cd, Zn, Pb, Ni, Си) [82,88-91]. К основным трудностям проведения биохимической очистки относится обеспечение определенных условий окружающей среды (содержание кислорода, температура, рН), необходимых для жизнедеятельности биоценоза, что приводит к дополнительным затратам.

При очистке сточных вод методом экстракции извлекаемые металлы переходят в органическую фазу, а затем в результате реэкстракции - из органической фазы в водный раствор. Таким образом создаются условия для его рекуперации. Органическая фаза содержит экстрагент и органическую жидкость - растворитель экстрагента (керосин, бензол, хлороформ, толуол и т.д.). В качестве экстрагентов используют органические кислоты, эфиры, спирты, кетоны, амины и др., а реэкстрагентов - водные растворы кислот и оснований [82,92-94]. Извлечение металла из водной в органическую проводят тремя способами: - катионообменной экстракцией, т.е. обменом экстрагирующегося катиона металла на катион экстрагента; - анионообменной экстракцией, т.е. обменом металлсодержащего в воде аниона на анион экстрагента; - координационной экстракцией, при которой экстрагируемое соединение образуется в результате координации молекулы или иона экстрагента непосредственно с атомом (ионом) экстрагируемого металла. Недостатком этого метода является необходимость использования органических соединений и сложность процесса.

Метод гальванохимической очистки основан на электролизе сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием электрического тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидр оксидными группами образуют гидроксиды металлов, и наступает интенсивная коагуляция [82,95,96]. Несмотря на высокую эффективность очистки сточных вод этот метод не нашел широкого применения вследствие большого расхода листового металла и электроэнергии.

Метод электродиализа основан на переносе ионов через мембрану под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Используют пористые электрохимические активные иоиитовые мембраны - тонкие пленки из полиэтилена, полистирола и других полимеров, содержащие порошок ионообменной смолы [82,97]. Основным недостатком электродиализа является концентрационная поляризация, приводящая к осаждению солей на поверхности мембран и снижению показателей очистки.

Удаление некоторых солей тяжелых металлов из сточных вод возможно методом обратного осмоса и ультрафильтрации. Сущность процессов заключается в разделении жидких смесей, в основу которых положено различие в размерах частиц. При обратном осмосе отделяются частицы, размеры которых не превышают размеров молекул растворителя. При ультрафильтрации размер отдельных частиц на порядок выше [82,98].

В настоящее время для очистки сточных вод при низкой концентрации тяжелых металлов, например, промывных вод гальванохимических производств, широко используется метод, основанный на ионном обмене. Сущность его состоит в процессе взаимодействия ионов, находящихся в растворе, с химически-активными группами твердого полимерного сорбента, способными к ионному обмену. Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Си, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Мп и др.), а также мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ [82,99-101]. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Большое разнообразие химически-активных групп и полимерного материала (гранулы, волокна) обуславливает наличие широкого ассортимента таких сорбентов с катионобменными, анионообменными, амфотериыми, а также с комплексообразующими свойствами.

Несмотря на промышленное применение зернистых сорбентов они имеют ряд недостатков: относительно невысокая удельная поверхность, большое сопротивление потока и опасность уноса сорбента жидкостью.

Среди хемосорбционных материалов особое место занимают комплексообразующие сорбенты, функциональные группы которых обладают электродонорными свойствами, благодаря чему при контакте их с ионами, например, переходных металлов, имеющих вакантные орбитали, происходит донорно-акцепторное (координационное) взаимодействие [102].

Большинство комплексных соединений имеют явно выраженную, так называемую, «централизованную» структуру, т.е. содержат центральный атом, вокруг которого располагаются (координируются) связанные с ним атомы, ионы или молекулы. Это требует от атома, называемого комплексообразователем, устанавливать химическую связь (иногда и не одну) с окружающими его функционально-активными группами, которые называются лигандами («связанными») либо аддендами («добавленными»). Количество лигандов в комплексной частице определяется координационным числом комплексообразователя.

Координационное число показывает число мест вокруг комплексообразователя, на которых могут размещаться лиганды. Лиганды могут занимать в комплексе два и более (вплоть до восьми) координационных мест за счет образования с комплексообразователем соответствующего числа химических связей. Такие лиганды называются полидентатными в отличие от монодентатных лигандов, способных образовывать одну связь и занимать одно место. По своей природе лиганды являются донорами электронов (свободные электронные пары), а ядром комплекса - акцепторы электронов, предоставляющие свободные орбитали [103]. Обычно координационное число комплексообразователя определяют как число а-связей, образуемых им с лигандами.

Исследование сорбции тяжелых металлов аминосодержащим хемосорбционным поликапроамидным волокнами

Одной из основных проблем охраны окружающей среды является очистка сточных вод и источников питьевой воды от ионов токсичных тяжелых металлов [2,129,130]. Среди них высокой токсичностью при определенных концентрациях обладают соединения хрома, меди, никеля и цинка, которые широко используются в различных отраслях промышленности (металлообрабатывающей, кожевенной, текстильный, химической и др.). Под влиянием сточных вод этих производств изменяются цвет, прозрачность и запах воды, физико-химические свойства (рН, жесткость, щелочность, минерализация), на дне водоемов появляются отложения нерастворимых осадков, что приводит к засолонению, затрудняет развитие донной фауны и может привести к полному исчезновению рыб и их кормовых объектов, обитающих в толще воды (планктон) и в грунте (бентос).

Несмотря на то, что хром, медь, никель и цинк являются микроэлементами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности и развития, повышенные их количества ингибируют активность ферментов, вступая в реакцию с белками тканей, оказывают резкое раздражающее действие на слизистые оболочки, обладают сенсибилизирующими свойствами, препятствуют обмену веществ, усиливают деградацию метаболитов, оказывая тем самым канцерогенное действие на организм [131].

Для удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод в настоящее время широко используют реагентные методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении таких соединений, как CaO, Са(ОН)2, NaOH, СаС03, Na2C03, Na2S, с последующим отделением их от воды в виде осадков (гидроксидов, карбонатов, сульфидов) [82]. Недостатком их является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками. Поэтому большой интерес для этих целей представляет использование сорбционно-активных полимерных материалов, в частности комплексообразующих сорбентов - гранульных и волокнистых, позволяющих очищать растворы путем улавливания ионов металлов полимерным сорбентом с последующей их регенерацией в процессе десорбции.

В данной диссертационной работе исследована сорбция ионов тяжелых металлов полифункциональными аминосодержащими волокнистыми сорбентами, полученными путем полимераналогичных превращений химических волокон, модифицированных прививкой полиглицидилметакрилата, по реакции аминирования этилендиамином и триэтилентетрамином. Ниже приведено в общем виде строение таких хемосорбционных поликапроамидных волокон, содержащих звенья этилендиамина (схемаї) и триэтилентетрамина (схема 2)

Вследствие полифункциональности аминов, используемых для получения хемосорбционных волокон, волокнистые сорбенты содержат различные химически-активные группы (в основном, первичные и вторичные аминогруппы), способные, как известно, к донорно-акцепторному взаимодействию с ионами металлов, а также имеют пространственно сшитую структуру, на что указывают данные изменения деформационных свойств. Так, удлинение модифицированного поликапроамидного волокна снижается от 27 % (модифицированное поликапроамидное волокно) до 16 и 10 % соответсвенно для хемосорбционных волокон ПКА-ПГМА-ЭД и ПКА-ПГМА-ТЭТА.

Несмотря на кажущуюся нерегулируемость процесса образования сшивок следует отметить, что в выбранных оптимальных условиях получения данных волокнистых хемосорбентов, дисперсиия воспроизводимости по сорбции ионов металлов находится на уровне 0,29-0,39, что указывает на стабильную физическую структуру и химическую природу функционально-активного полимера.

Закономерности процессов сорбции тяжелых металлов (ионов меди, никеля, цинка и бихромат-ионов) изучали с использованием волокнистого сорбента-комплексита, общее строение которого приведено на схеме 1, с СОЕнсі = 4,4 ммоль/г, имеющим нормативно-техническую документацию на выпуск разовых партий.

Сорбцию ионов тяжелых металлов проводили в статических условиях из модельных растворов C11SO4, N1SO4, ZnCl2 и К2Сг207 различной концентрации, которые получали путем разбавления растворов с начальной концентрацией 1 г/л до 0,0625 г/л, с использованием спектрофотометрического метода на SPECORD-M40.

В качестве индикатора при определении ионов хрома был выбран дифенилкарбазид, который в кислой среде с бихромат-ионами образует соединение фиолетового цвета, содержащее восстановленную форму хрома (III), а дифенилкарбазид окисляется до дифенилкарбазона. При определении меди использовали диэтилдитиокарбамат свинца, образующий комплексное соединение меди желто-коричневого цвета. Индикатором ионов никеля служил диметилглиоксим, который в щелочной среде в присутствии окислителя (брома, йода или персульфата) образует в воде растворимое комплексное соединение коричневато-красного цвета. Ионы цинка определяли с использованием дитизона, который при рН от 4 до 5,5 в присутствии требуемого количества тиосульфата натрия образует красное комплексное соединение [132].

При исследовании влияния содержания ионов меди, никеля, цинка и бихромат-ионов в растворе на сорбционную емкость волокнистого хемосорбента и степень извлечения (рисунок 5) концентрацию варьировали от 0,0625 до 1 г/л. Как видно, зависимость СЕ,мг/г=/(С) имеет линейный характер, при этом полученные экспериментальные данные по сорбции ионов хрома и меди (рисунок 5а, кривая 3), а также ионов никеля и цинка (рисунок 56, кривая 3) (в мг/г) практически укладываются на одной прямой. Однако их сорбционная емкость в ммоль/г различна (рисунок 5, кривые 1,2). В результате увеличения ионов металла-комплексобразователя в растворе происходит смещение равновесия реакции в сторону комплексообразования за счет дополнительного вовлечения в этот процесс незакомплексованных лигандных групп полимера, благодаря чему происходит повышение .сорбционной емкости сорбента и коэффициентов распределения ионов металлов и, как следствие, снижению концентрации ионов в растворе (таблица 9). Соотношение лигандных групп и сорбированных ионов тяжелых металлов при концентрации 1 г/л составляет 1:2 для ионов хрома и 1:3 для Cu2+, Ni2+, Zn2+.

Изучение влияния химической природы и физической структуры полимерной матрицы хемосорбционного волокна на сорбционные свойства

Одной из основных проблем охраны окружающей среды является очистка сточных вод и источников питьевой воды от ионов токсичных тяжелых металлов [2,129,130]. Среди них высокой токсичностью при определенных концентрациях обладают соединения хрома, меди, никеля и цинка, которые широко используются в различных отраслях промышленности (металлообрабатывающей, кожевенной, текстильный, химической и др.). Под влиянием сточных вод этих производств изменяются цвет, прозрачность и запах воды, физико-химические свойства (рН, жесткость, щелочность, минерализация), на дне водоемов появляются отложения нерастворимых осадков, что приводит к засолонению, затрудняет развитие донной фауны и может привести к полному исчезновению рыб и их кормовых объектов, обитающих в толще воды (планктон) и в грунте (бентос).

Несмотря на то, что хром, медь, никель и цинк являются микроэлементами, необходимыми для нормальной жизнедеятельности и развития, повышенные их количества ингибируют активность ферментов, вступая в реакцию с белками тканей, оказывают резкое раздражающее действие на слизистые оболочки, обладают сенсибилизирующими свойствами, препятствуют обмену веществ, усиливают деградацию метаболитов, оказывая тем самым канцерогенное действие на организм [131].

Для удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод в настоящее время широко используют реагентные методы очистки, сущность которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые при добавлении таких соединений, как CaO, Са(ОН)2, NaOH, СаС03, Na2C03, Na2S, с последующим отделением их от воды в виде осадков (гидроксидов, карбонатов, сульфидов) [82]. Недостатком их является безвозвратная потеря ценных веществ с осадками. Поэтому большой интерес для этих целей представляет использование сорбционно-активных полимерных материалов, в частности комплексообразующих сорбентов - гранульных и волокнистых, позволяющих очищать растворы путем улавливания ионов металлов полимерным сорбентом с последующей их регенерацией в процессе десорбции. В данной диссертационной работе исследована сорбция ионов тяжелых металлов полифункциональными аминосодержащими волокнистыми сорбентами, полученными путем полимераналогичных превращений химических волокон, модифицированных прививкой полиглицидилметакрилата, по реакции аминирования этилендиамином и триэтилентетрамином. Ниже приведено в общем виде строение таких хемосорбционных поликапроамидных волокон, содержащих звенья этилендиамина (схемаї) и триэтилентетрамина (схема 2) Вследствие полифункциональности аминов, используемых для получения хемосорбционных волокон, волокнистые сорбенты содержат различные химически-активные группы (в основном, первичные и вторичные аминогруппы), способные, как известно, к донорно-акцепторному взаимодействию с ионами металлов, а также имеют пространственно сшитую структуру, на что указывают данные изменения деформационных свойств. Так, удлинение модифицированного поликапроамидного волокна снижается от 27 % (модифицированное поликапроамидное волокно) до 16 и 10 % соответсвенно для хемосорбционных волокон ПКА-ПГМА-ЭД и ПКА-ПГМА-ТЭТА.

Несмотря на кажущуюся нерегулируемость процесса образования сшивок следует отметить, что в выбранных оптимальных условиях получения данных волокнистых хемосорбентов, дисперсиия воспроизводимости по сорбции ионов металлов находится на уровне 0,29-0,39, что указывает на стабильную физическую структуру и химическую природу функционально-активного полимера.

Закономерности процессов сорбции тяжелых металлов (ионов меди, никеля, цинка и бихромат-ионов) изучали с использованием волокнистого сорбента-комплексита, общее строение которого приведено на схеме 1, с СОЕнсі = 4,4 ммоль/г, имеющим нормативно-техническую документацию на выпуск разовых партий.

Сорбцию ионов тяжелых металлов проводили в статических условиях из модельных растворов C11SO4, N1SO4, ZnCl2 и К2Сг207 различной концентрации, которые получали путем разбавления растворов с начальной концентрацией 1 г/л до 0,0625 г/л, с использованием спектрофотометрического метода на SPECORD-M40.

В качестве индикатора при определении ионов хрома был выбран дифенилкарбазид, который в кислой среде с бихромат-ионами образует соединение фиолетового цвета, содержащее восстановленную форму хрома (III), а дифенилкарбазид окисляется до дифенилкарбазона. При определении меди использовали диэтилдитиокарбамат свинца, образующий комплексное соединение меди желто-коричневого цвета. Индикатором ионов никеля служил диметилглиоксим, который в щелочной среде в присутствии окислителя (брома, йода или персульфата) образует в воде растворимое комплексное соединение коричневато-красного цвета. Ионы цинка определяли с использованием дитизона, который при рН от 4 до 5,5 в присутствии требуемого количества тиосульфата натрия образует красное комплексное соединение [132].

При исследовании влияния содержания ионов меди, никеля, цинка и бихромат-ионов в растворе на сорбционную емкость волокнистого хемосорбента и степень извлечения (рисунок 5) концентрацию варьировали от 0,0625 до 1 г/л. Как видно, зависимость СЕ,мг/г=/(С) имеет линейный характер, при этом полученные экспериментальные данные по сорбции ионов хрома и меди (рисунок 5а, кривая 3), а также ионов никеля и цинка (рисунок 56, кривая 3) (в мг/г) практически укладываются на одной прямой. Однако их сорбционная емкость в ммоль/г различна (рисунок 5, кривые 1,2). В результате увеличения ионов металла-комплексобразователя в растворе происходит смещение равновесия реакции в сторону комплексообразования за счет дополнительного вовлечения в этот процесс незакомплексованных лигандных групп полимера, благодаря чему происходит повышение .сорбционной емкости сорбента и коэффициентов распределения ионов металлов и, как следствие, снижению концентрации ионов в растворе (таблица 9). Соотношение лигандных групп и сорбированных ионов тяжелых металлов при концентрации 1 г/л составляет 1:2 для ионов хрома и 1:3 для Cu2+, Ni2+, Zn2+.