Фев 07 2001

О возможности использования композитных сорбентов на основе природных, углеродных материалов и растительного сырья

Опубликовано в 10:14 в категории Вода и здоровье

О возможности использования композитных сорбентов на основе природных, углеродных материалов и растительного сырья

для очистки питьевой воды

Д.И. Швец, О.В. Кравченко, Т.И. Денисова, Н.М. Опенько,

Т.Г. Шрамкова, Т.И. Миронюк

Институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины, г. Киев

Проблема очистки питьевой воды от ионов тяжелых металлов, органических соединений, радионуклидов, микроорганизмов, нефтепродуктов имеет особое значение в связи с чрезвычайной загрязненностью природных и сточных вод, что особенно характерно для сельской местности, где более 60% воды является непригодной к употреблению.

Создание дешевых эффективных сорбирующих материалов широкого спектра действия с использованием доступного сырья природного и растительного типа представляется одним из наиболее перспективных путей решения проблемы очистки воды.

В работах [1-5] показана принципиальная возможность очистки загрязненных вод от ионов тяжелых металлов, радионуклидов, нефтепродуктов, особо опасных микроорганизмов. Следует отметить, что эффективность очистки от токсичных веществ существующими сорбционными материалами недостаточно высокая, кроме того, сорбционные свойства оцениваются путем извлечения отдельных токсинов. Вместе с тем, присутствие в воде веществ различной природы и широкого спектра действия, когда наблюдается синергетическое их воздействие на организм человека, обуславливает иные закономерности процесса очистки.

В настоящей работе исследована возможность создания сорбционных материалов комплексного типа на основе природного и растительного сырья для очистки питьевой воды от широкого спектра токсических веществ. В качестве сорбирующих материалов были использованы разные виды измельченного растительного сырья (солома, шелуха, опилки, камыш), биомасса растений с аккумулирующими свойствами, а также

углеродсодержащие формы, полученные путем специальной термообработки растительного сырья и последующем модифицированием.

Опыты проводили с использованием, как модельных растворов, так и природных водных сред при следующих исходных концентрациях: тяжелые металлы (мг/л): свинец – 5–38, цинк – 100-300, медь – 200-300, радионуклиды – 10-6 – 10–9 Ки/л, органические соединения (фенол, крезол) – 2.10-3 – 4.10-4 мг/л, нефть – 240 мг/л, особо опасные инфекции (холерный вибрион) 1000000 м.т./см3. Изучение сорбции тяжелых металлов проводилось путем измерения их концентрации до и после контакта с сорбентом атомно - абсорбционным методом на спектрофотометре Selme С – 115 М1.

Проведенные исследования показали, что исходное измельченное растительное сырье характеризуется структурно – сорбционными параметрами. Полученные результаты свидетельствуют о высокой сорбционной способности исходного растительного сырья при поглощении ионов металлов из концентрированных растворов. Была установлена взаимосвязь между сорбционной способностью (на примере ионов меди (II) ) и наличием парамагнитных центров.

На основании существования сорбционных свойств у исходного сырья было сделано предположение, что в случае его последующей термообработки поглотительные свойства полученных углеродных материалов могут быть существенно изменены. В пользу этого свидетельствуют, с одной стороны, увеличение количества парамагнитных центров у термообработанного растительного сырья, с другой – как видно, время термообработки и условия температурного режима приводят к увеличению сорбционной емкости.

При этом термообработка растительного сырья влияет также на плавучесть и водопоглощаемость углеродных материалов, что важно при их использовании при очистке водной поверхности от нефти и нефтепродуктов и может быть объяснено формированием у таких материалов полифункциональных свойств. Это связано, по нашему мнению, наличием в углеродных материалов активных центров нескольких типов парамагнитных центров исходной (целлюлозной) структуры, парамагнитных центров углеродной структуры; а также активных центров, обусловленных морфологической структурой материала при его термообработке.

Наличие активных центров различного типа в углеродных материалах на основе растительного сырья приводит к проявлению полифункциональных свойств. Это подтверждено при исследовании сорбции токсических веществ различной природы углеродными материалами и их модифицированными формами. Установлено, что углеродные материалы «зеленого» типа способны поглощать не только ионы тяжелых металлов, но и органические вещества, нефтепродукты, а также обезвреживать особо опасные микроорганизмы (например, холерный вибрион).

Нами установлено, что сорбционную способность углеродных материалов можно изменить не только путем модифицирования поверхности, но также и формированием на их основе композитных материалов, состоящих из смеси углеродных материалов и растительного сырья отдельных типов, характеризующегося селективностью к аккумулированию веществ различного типа. Биологически активные добавки (растительного происхождения) также оказывают влияние на нефтеемкость композитных материалов.

Эффективная иммобилизация микроорганизмов на поверхности углеродных материалов растительного типа является с одной стороны, независимым подтверждением их полифункциональности свойств, с другой - иммобилизация может происходить за счет электростатического взаимодействия с полярными группами, возможного образования водородных связей с карбонильными и карбоксильными группами поверхности сорбционных материалов. Еще одной из причин эффективной иммобилизации микроорганизмов на углеродных материалах является одновременное наличие питательной среды ( в том числе и поглощенных нефтепродуктов), а также сорбированной воды, необходимой для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов и осуществления биоценоза нефтепродуктов, как в аэробных, так и анаэробных условиях в различных климатических режимах (в том числе и при низких температурах). Изучение характера кинетики сорбции на измельченном растительном сырье показало, что большая часть токсинов, в том числе и радионуклидов, сорбируется уже в течение первых 8 – 30 минут контакта углеродного материала с жидкой средой. Характер кинетических зависимостей не меняется при модификации поверхности, как исходного растительного сырья, так и углеродных материалов на их основе, что дает основание рекомендовать использовать углеродные материалы и их композитные составы смешанного типа при очистке больших объемов загрязненных вод (что особенно важно при ликвидации аварийных ситуаций), а также при очистке питьевой воды в сельской местности, например, путем применения в колодцах фильтрующих барьеров определенного типа с последующей их утилизацией.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что растительное сырье, углеродные или композитные материалы «зеленого» типа, могут быть эффективными сорбентами по отношению к широкому спектру веществ. Это открывает широкие возможности для производства сорбентов «зеленого» типа в различных регионах при использовании передвижных модульных установок и формировании, таким образом, запаса дешевых и экологически чистых сорбентов. Это особенно важно при ликвидации экстремальных ситуаций на объектах, представляющих экологическую угрозу населению (использование загрязненной питьевой воды.)

Литература

1. Sorption of Toxic Compounds from Aqueous Solution by Carbon and Carbon Composites/D. I. Shvets // Adsorption Science and Technology. – 1999, №9. –v. 17. – p. 709 – 714.

2. O. Kravchenko, D. Shvets. About the possibility of producing of oilabsorbing carbon materials with high energy capacity. Abstracts., Cereco 2000., The 3th international Conference on Carpathian Euroregion Ecology. 21 – 24 May, 2000, Miskols – Hunhary. P.82.

3. L. Khokhlova, D. Shvets, O. Kravchenko, N. Openko, A. Khokhlov. Biocarbon sorbents – new type of sorbents on the basis of vegetative raw with oilabsorbtion properties. International seminar “ Sorption methods and technologies in settlement of ecological and endoecological problems of the Chernobyl accident”. 14 – 17 June, 2000, Kiev – Ukraine. P. 25.

4. Углеродные и синтетические сорбенты для обеззараживания питьевой воды от холерного вибриона/ Т.А. Халявка, Г.Ф. Карпенко, Н.М. Опенько, Т. И. Денисова, Д.И. Швец// Химия и технология воды. – Киев. – 1998, – т. 20. –С. 330 – 335.

5. Заявка на патент Украины №2000094205 от 06.09.2000. Комбинированный сорбционный материал биодеструктивного типа для очистки поверхности водных сред от нефти и нефтепродуктов.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.