СОРБЦИОННОЕ  ИЗВЛЕЧЕНИЕ  ИОНОВ  ЖЕЛЕЗА  (III)  ИЗ  ВОДНЫХ  РАСТВОРОВ

Диденко  Татьяна  Александровна

канд.  хим.  наук,  доцент 
ОмГУ  им.  Ф.М.  Достоевского, 
РФ,  г.  Омск

E-mail:  tatiana.a.didenko@gmail.com

Веревкина  Ольга  Анатольевна

студент 
ОмГУ  им.  Ф.М.  Достоевского, 
РФ,  г.  Омск

E-mail: 

SORPTION  EXTRACTION  OF  IRON  (III)  IONS  FROM  WATER  SOLUTIONS

Tatiana  Didenko

candidate  of  chemical  sciences,  Associate  Professor 
of  Omsk  State  University  n.a.  F.M.  Dostoyevsky, 
Russia,  Omsk

Olga  Verevkina

student 
of  Omsk  State  University  n.a.  F.M.  Dostoyevsky, 
Russia,  Omsk

АННОТАЦИЯ

Подземные  воды  многих  источников  имеют  повышенную  концентрацию  ионов  железа  (III),  препятствующую  безопасному  применению  в  водоснабжении  населения.  С  целью  разработки  эффективного  сорбционного  материала  для  извлечения  ионов  железа  (III)  из  водной  среды  получен  окисленный  углеродминеральный  сорбент,  для  которого  установлены  закономерности  сорбции  ионов  железа  (III).  Проведено  сравнение  сорбционной  способности  по  отношению  к  ионам  железа  (III)  окисленного  сорбента  и  исходного  углеродминерального  материала. 

ABSTRACT

Underground  waters  a  lot  of  sources  have  the  increased  concentration  of  iron  (III)  ions  and  it  interferes  safe  application  in  the  water  supply  of  population.  For  the  purpose  of  development  of  effective  sorption  material  for  extraction  of  iron  (III)  ions  from  water,  the  oxidized  carbon-mineral  sorbent  is  received.  For  this  sorbent  consistent  patterns  of  sorption  of  ions  of  iron  (III)  of  model  water  solutions  are  determined.  Comparison  of  sorption  ability  in  relation  to  iron  (III)  ions  of  the  oxidized  sorbent  and  initial  carbon-mineral  material  is  carried  out.

Ключевые  слова:  подземная  вода;  сорбция;  ионы  железа  (III),  углеродминеральный  материал;  окисление;  карбоксильные  группы. 

Keywords:  underground  water;  sorption;  iron  (III)  ions;  oxidation;  carbon-mineral  material;  carboxyl  groups.

В  настоящее  время  пресные  воды  подземных  источников  играют  значительную  роль  в  водообеспечении  населения  многих  стран.  При  этом  наблюдается  тенденция  к  увеличению  доли  подземных  вод  в  питьевом  водоснабжении,  что  объясняется,  в  первую  очередь,  их  стабильным  составом  и  защитой  от  техногенных  источников  загрязнения  благодаря  естественным  барьерам.  Тем  не  менее,  благодаря  процессам  вымывания  из  водовмещающих  пород  в  подземных  водах  повышенными  являются  показатели  содержания  железа,  органических  веществ,  общей  минерализации  [3].  Западно-Сибирский  экономический  регион  расположен  в  пределах  крупного  одноименного  артезианского  бассейна,  на  территории  которого  формируются  значительные  запасы  подземных  вод,  однако  по  территории  района  эти  запасы  распределены  неравномерно.  В  наименее  благоприятных  условиях  находятся  Омская  и  южная  часть  Тюменской  областей,  где  развиты  главным  образом  минерализованные  воды  с  повышенным  содержанием  железа,  в  связи  с  чем  требуется  их  водоподготовка  для  обеспечения  стандартов  питьевой  воды  [2;  5]. 

В  подземных  водах  присутствует,  в  основном,  растворенное  двухвалентное  железо  в  виде  ионов  Fe²⁺.  Трехвалентное  железо  появляется  после  контакта  воды  с  воздухом,  а  также  после  направленного  применения  таких  окислителей  как  кислород  воздуха,  хлор,  озон,  перманганат  калия.  Однако  даже  после  удаления  образующейся  гидроокиси  Fe(OH)₃,  концентрация  железа  (III)  в  подземной  воде  превышает  концентрацию,  установленную  СанПиН  [6]  для  питьевой  воды.  Поэтому  перспективным  является  применение  сорбционного  метода  для  доведения  подземной  воды  до  стандартов  питьевой  воды.

Целью  настоящей  работы  является  изучение  возможности  извлечения  ионов  железа  (III)  из  водных  растворов  окисленным  углеродминеральным  сорбентом,  полученным  из  природного  повсеместно  распространенного  сырья  сапропеля.

Раннее  было  показано,  что  обработка  30  %  раствором  пероксида  водорода  углеродминерального  материала,  полученного  карбонизацией  сапропеля  [1;  7],  приводит  к  получению  окисленного  углеродминерального  сорбента.  Полученный  в  результате  окисления  углеродминеральный  сорбент  имеет  на  своей  поверхности  не  только  силанольные  [4],  но  и  карбоксильные  группы,  что  должно  улучшить  катионообменные  свойства  по  сравнению  с  исходным  углеродминеральным  материалом  (табл.).

Таблица  1.

Концентрация  функциональных  групп

Для  окисленного  углеродминерального  сорбента  нами  установлена  зависимость  величины  сорбции  ионов  железа  (III)  от  равновесной  концентрации.  Для  этого  были  приготовлены  растворы  ионов  железа  с  концентрацией  0,1—1,0  мг/мл  и  постоянным  значением  рН  =  1,0.  Навеска  сорбента  помещалась  в  раствор  с  заданной  концентрацией,  продолжительность  контакта  фаз  составляла  24  часа,  т:ж  =  1:40.  После  сорбции  раствор  отделялся  и  анализировался  на  содержание  ионов  железа.  Построенная  по  экспериментальным  данным  изотерма  сорбции  ионов  железа  (III)  представляет  собой  выпуклую  кривую,  выходящую  на  плато.  Для  описания  сорбции  применено  уравнение  Лэнгмюра,  исходя  из  которого  графически  определена  величина  предельной  сорбции  А_∞  и  константа  сорбционного  равновесия  K.  Уравнение  Лэнгмюра,  удовлетворительно  описывающее  полученные  данные:  .  Линейная  корреляция  достоверная  значима  с  доверительной  вероятностью  0,95  (R²_табл.  =0,95;  R²_расч.  =  0,99).  Рассчитанная  статическая  обменная  емкость  окисленного  сорбента  по  ионам  железа  (III)  составляет  32,0±1,0  мг/г.

Установлено,  что  окисленный  углеродминеральный  сорбент  обладает  высокими  кинетическими  характеристиками  по  отношению  к  ионам  железа  (III).  Для  этого  установлена  зависимость  величины  сорбции  ионов  железа  от  продолжительности  контакта  фаз.  Показано,  что  равновесие  сорбции  достигается  через  5  часов,  время  полусорбции  составило  1  час. 

В  одинаковых  условиях  проведено  сравнение  величин  сорбции  ионов  железа  (III)  на  исходном  углеродминеральном  материале  и  окисленном  сорбенте.  Процесс  сорбции  проводили  из  раствора  ионов  железа  (III)  концентрацией  1  г/л,  рН  раствора  1,0,  продолжительность  контакта  фаз  5  часов.  Величина  сорбции  ионов  железа  (III)  на  исходном  углеродминеральном  материале  составила  15,3±0,7  мг/г,  на  окисленном  сорбенте  31,7±0,7  мг/г.  Увеличение  величины  сорбции  в  2  раза  подтверждает  целесообразность  окисления  углеродминерального  материала  с  целью  увеличения  его  катионообменной  способности  по  отношению  к  ионам  железа. 

Таким  образом,  показано,  что  окислением  углеродминерального  материала  может  быть  получен  сорбент,  способный  извлекать  ионы  железа  (III)  из  водной  среды.  Повсеместная  распространенность  и  возобновляемость  сапропеля  как  исходного  сырья  для  получения  углеродминерального  материала  делает  окисленный  углеродминеральный  сорбент  из  сапропеля  перспективным  материалом  для  обезжелезивания  подземных  вод.

Список  литературы:

1. Адеева  Л.Н.,  Коваленко  Т.А.  Очистка  воды  от  органических  веществ  и  ионов  металлов  углеродминеральным  сорбентом  из  сапропеля  //  Журнал  прикладной  химии.  —  2012.  —  Т.  85.  —  №  4.  —  С.  535—541.
2. Домнин  С.Г.,  Корсак  М.Н.  Влияние  химического  состава  подземных  вод  на  здоровье  населения  России  //  Вестн.  С.-Петерб.  гос.  мед.  акад.  им.  И.И.  Мечникова.  —  2004.  —  №  1  (5).  —  С.  67—70.
3. Зекцер  И.С.  Подземные  воды  как  компонент  окружающей  среды.  М.:  Научный  мир,  2001.  —  328  c.
4. Коваленко  Т.А.,  Адеева  Л.Н.  Углеродминеральный  сорбент  из  сапропеля  для  комплексной  очистки  сточных  вод  //  Химия  в  интересах  устойчивого  развития.  —  2010.  —  Т.  18.  —  №  2.  —  С.  189—195.
5. Ничипор  В.В.  Рациональные  методы  и  режимы  обезжелезивания  подземных  вод  —  Мн.:  БелНИИНТИ,  1991.  —  20  с.
6. СанПиН  2.1.4.1074-01.  Питьевая  вода.  Гигиенические  требования  к  качеству  воды  централизованных  систем  питьевого  водоснабжения.  Контроль  качества  (утверждены  Главным  государственным  санитарным  врачом  Российской  Федерации  26.09.2001).  53  с.
7. Способ  комплексной  очистки  сточных  вод  углеродминеральным  сорбентом  из  сапропеля:  пат.  2414430  Рос.  Федерация:  МПК51  C02F1/28  B01J20/16  B01J20/20  /  Л.Н.  Адеева,  Т.А.  Коваленко;  заявитель  и  патентообладатель  Омский  гос.  университет  им.  Ф.М.  Достоевского.  —  №  2009144870/05;  опубл.  20.03.2011,  Бюл.  №  8.