СОРБЦИЯ  ИОНОВ  СВИНЦА  ( II)  ОВСЯНЫМИ  ОТРУБЯМИ

Кокшарова  Юлия  Вадимовна

Денисова  Алёна  Игоревна

Викулин  Дмитрий  Игоревич

студенты  2  курса,  кафедра  физической  и  прикладной  химии  Курганского  Государственного  Университета,  РФ,  г.  Кургана

E-mail:   50blaze@mail.ru

Мосталыгина  Лидия  Витальевна

научный  руководитель,  канд.  хим.  наук,  доцент  Курганского  Государственного  Университета,  РФ,  г.  Курган

E -mail:  analyt@kgsu.ru

Создание  эффективных  природных  сорбентов,  а  также  рациональных  технологий  сорбции  для  извлечения  ионов  тяжелых  металлов  из  водных  растворов  различной  природы  является  сегодня  актуальной  задачей.  Целлюлозосодержащие  сорбенты  —  перспективные  сорбенты,  которые  интересны,  прежде  всего,  тем,  что  они  представляют  собой  вторичные  ресурсы  агропромышленного  комплекса  [2].  Переработка  возобновляемого  сырья  —  древесины,  льна,  хлопка,  пшеницы,  овса  и  других  зерновых  культур  —  неизбежно  приводит  к  появлению  отходов,  которые  могут  быть  эффективно  использованы  в  качестве  сорбентов.  Низкая  стоимость  позволяет  рассматривать  их  в  качестве  перспективных  материалов  при  очистке  водных  сред  различной  природы,  в  том  числе,  пищевых  систем,  а  так  же  в  качестве  энтеросорбентов  и  пищевых  добавок.  Такие  сорбенты  могут  широко  использоваться  в  медицине,  пищевой  промышленности,  при  создании  биологически  активных  добавок.

Овсяные  отруби  —  продукт,  образующийся  после  переработки  зерна,  т.  е  это  жесткая  оболочка  зерна,  которая  богата  ценной  клетчаткой.  Овсяные  отруби  содержат  около  20  %  клетчатки.  Клетчатка  не  переваривается  пищеварительными  ферментами  организма  человека,  но  перерабатывается  полезной  микрофлорой  кишечника.  С  точки  зрения  химика  клетчатка  —  это  целлюлоза,  полисахарид,  дающий  при  полном  гидролизе  глюкозу  (рисунок  1).

Рисунок  1.  Молекула  целлюлозы

Клетчатка  входит  в  состав  большинства  растительных  организмов,  являясь  основой  клеточных  стенок.  В  настоящее  время  производитель  предлагает  большое  разнообразие  отрубей  с  различными  добавками,  утверждая  зачастую,  что  они  влияют  на  сорбционную  способность  этого  продукта.

Важным  свойством  отрубей  является  способность  сорбировать  вредные  вещества  в  организме  человека,  в  том  числе  тяжелые  металлы.  Свинец,  наряду  с  мышьяком,  кадмием,  ртутью,  относится  к  особо  токсичным  тяжелым  металлам,  а  по  степени  воздействия  на  живые  организмы  отнесен  к  первому  классу  опасности  химических  веществ.  Проблема  его  детоксикации  в  организме  человека  сорбентами  различной  природы  не  потеряла  своей  актуальности.  Свинец  может  накапливаться  в  живом  организме.  В  организм  человека  большая  часть  свинца  поступает  с  продуктами  питания  (от  40  до  70  %),  а  также  с  питьевой  водой  и  атмосферным  воздухом.

Цель  нашего  исследования  —  установить  закономерности  распределения  ионов  Pb(II)  в  системе  водный  раствор  соли  свинца  (II)  —  овсяные  отруби.

В  связи  с  поставленной  целью  нами  решались  следующие  задачи:

•    изучить  влияние  концентрации  ионов  свинца  на  степень  сорбции  овсяными  отрубями  с  добавлением  льна  и  расторопши;

•    изучить  влияние  времени  контакта  сорбента  с  раствором  соли  свинца  на  величину  сорбции;

•    изучить  влияние  анионов  солей  свинца  на  процесс  сорбции  катиона  свинца.

Нами  впервые  проведен  сравнительный  анализ  сорбционной  способности  овсяных  отрубей  с  различными  добавками  по  отношению  к  ионам  свинца.

В  природных  средах,  наряду  с  богатым  катионным  составом,  нередко  присутствует  целый  ряд  анионов,  как  органической,  так  и  неорганической  природы.  Поэтому  при  изучении  сорбционной  способности  материалов  важно  выявить  влияние  анионов  на  сорбционную  активность  данного  сорбента.  Нами  изучена  сорбция  ионов  свинца  из  двух  солей  нитрата  и  ацетата  свинца.

Важным  является  вопрос  о  механизме  сорбции  ионов  металлов  целлюлозными  сорбентами.  Существуют  разные  точки  зрения:  ионный  обмен  на  –СООН  группах,  комплексообразование  за  счет  взаимодействия  с  группами  –ОН,  а  также  с  участием  всех  атомов  кислорода  элементарного  звена  целлюлозы.  На  наш  взгляд,  в  процессе  сорбции  могут  быть  задействованы  все  механизмы.

Для  проведения  эксперимента  были  приготовлены  растворы  нитрата  и  ацетата  свинца  с  концентрацией  0,05  и  0,01  М.  В  конические  колбы  помещали  0,5г  овсяных  отрубей  и  добавляли  50мл  модельного  раствора  соли  свинца.  Перемешивали  и  оставляли  на  сутки  (24  часа).  Измеряли  остаточную  концентрацию  ионов  свинца  в  растворе  титириметрически  с  ЭДТА  [1].  Результаты  показали,  что  добавка  (расторопша  и  лен)  практически  не  влияла  на  сорбционную  способность  отрубей  (таблица  1).

Таблица  1. 

Сорбция  ионов  свинца  (II )  овсяными  отрубями  с  расторопшей  и  льном

С  уменьшением  концентрации  ионов  свинца  (II)  в  растворе  степень  поглощения  его  сорбентом  увеличивалась.

Важными  при  изучении  сорбционных  процессов  являются  их  равновесно-кинетические  характеристики.  В  кинетическом  эксперименте  в  статических  условиях  без  перемешивания  было  установлено,  что  в  течение  первого  часа  сорбция  ионов  свинца  из  раствора  нитрата  ниже,  чем  из  раствора  ацетата  свинца  (таблица  2).  Однако  в  следующий  временной  промежуток  сорбция  из  нитрата  свинца  превышала  сорбцию  из  ацетата  металла  и  через  24  часа  составила  77  %  и  67  %.  Сорбционные  процессы  на  отрубях  идут  очень  медленно.  Видимо,  и  через  6  часов  равновесие  в  изучаемой  системе  не  устанавливается.  С  учетом  того,  что  в  организме  человека  пребывание  сорбента  ограничивается,  как  правило,  6  часами,  с  практической  точки  зрения  дальнейшие  исследования  нецелесообразны.  Однако  с  теоретической  точки  зрения  необходимы  более  детальные  исследования  в  интервале  от  6  до  24  часов  контакта,  а,  возможно,  и  до  48  часов.

Таблица  2. 

Зависимость  степени  сорбции  ионов  свинца  от  времени  контакта  с  отрубями  (начальная  концентрация  соли  свинца  5^.10^-3М)

В  интервале  концентраций  5.10^-3—0.1  М  растворa  соли  нитрата  и  ацетата  свинца  изучено  влияние  аниона  соли  на  сорбцию  ионов  свинца.

Установлено,  что  сорбция  из  раствора  нитрата  свинца  во  всем  интервале  выше,  чем  из  ацетата  свинца  (таблица  3).

Таблица  3. 

Влияние  аниона  соли  на  сорбцию  ионов  свинца  овсяными  отрубями  (P   =  0,95;  n  =  3,  время  контакта  —  24  часа)

Такой  результат  можно  объяснить  двумя  фактами.  1.  Известно,  что  рН  влияет  на  величину  сорбции.  В  растворе  нитрата  свинца  рН  ниже,  чем  в  растворе  ацетата  свинца.  2.  При  гидролизе  ацетата  свинца,  который  идет  более  глубоко,  возможно  образование  наряду  с  комплексом  Pb(OH)⁺  также  Pb(OH)₂.  Заряженная  частица  Pb(OH)⁺  может  электростатически  притягиваться  к  поверхности  сорбента  и  участвовать  в  процессах  комплексообразования  с  атомами  кислорода  поверхности  сорбента.  Гидроксид  свинца  не  сорбируется  на  поверхности.

Заключение

·     Природа  добавки  не  влияет  на  сорбционную  способность  отрубей

·     С  уменьшением  концентрации  ионов  свинца  в  модельном  растворе  степень  сорбции  возрастает

·     Даже  за  6  часов  равновесие  в  системе  сорбент  —  модельный  раствор  не  установилось

·     Cостав  соли  свинца  влияет  на  степень  сорбции  данного  катиона,  причем  с  уменьшением  исходной  концентрации  соли  различие  в  величинах  сорбции  возрастает

Список  литературы:

1.Васильев  В.П.  Аналитическая  химия.  Лабораторный  практикум.  М.:  Дрофа,  2006.  —  416  с.

2.Ставицкая  С.С.,  Миронюк  Т.И.,  Картель  Н.Т.,  Стрелко  В.В.  Сорбционные  свойства  «пищевых  волокон»  во  вторичных  продуктах  переработки  растительного  сырья  //  Журнал  прикладной  химии.  —  2001.  —  Т.  74,  —  №  4.  —  С.  575—578.