Ауыр металдармен қоршаған ортаның ластануы

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 39 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Әуезқызы Айым

Ағаш қалдығынан алынған сорбенттердегі ауыр металдар иондарының сорбциясы

тақырыбында

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

6В05302-Бейорганикалық химия білім беру бағдарламасы

Астана,2023

Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті

Қорғауға жіберілді
Химия кафедра меңгерушісі
______________Э.Е. Копишев
__________________2023ж.

ДИПЛOМДЫҚ ЖҰМЫC

Тақырыбы:
Ағаш қалдығынан алынған сорбенттердегі ауыр металдар иондарының сорбциясы

6В05302-Бейорганикалық химия білім беру бағдарламасы

Орындаған:
_________________
Әуезқызы А.

Ғылыми жетекші
доцент
_________________
Тажкенова Г.К.

Астана,2023

МАЗМҰНЫ

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
1
Әдеби шолу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
8
1.1
Ауыр металдармен қоршаған ортаның ластануы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
9
1.2
Ауыр металдардың қасиеттері мен олардың табиғатта таралуы
13
1.3
Ауыр металдардың су бетінде жинақталу түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
15
1.4
Сорбциялык тазалау үрдісіндегі табиғи және түрлендірілген көміртекті сорбенттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
20
1.5
Сорбентті дайындау нұсқамасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
23
2.1
Қылқан жапырақ ағаш негізіндегі көміртекті сорбентті алу жəне оның қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ..
24
2.2
Ауыр металдардың ағаш қалдықтарымен сіңірілу ерекшеліктері ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
28
2.3
Ағаш қалдығы негізінде алынған белсендiрілген көмiрлердiң қасиеттері ... ... ... ... ... ...
30
3
Ауыр металдардың сорбенттермен сорбциясы ... ... ... ... ... ... .. ...
33

Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
37

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .
39

КІРІСПЕ

Тақырып өзектілігі: Қазіргі таңда қоршаған ортаның қалдықтармен ластануы барған сайын өзекті бола түсуде. Анторопогендік әсердің күшеюі және өндірістік қалдықтардың көбеюі экожүйелердің өзін-өзі сауықтыру қасиетінің төмендеуіне әкелді. Дегенмен кейбір қалдықтар пайдалы қасиетке ие, осы арқылы екіншілік материалдық ресурс ретінде қолданыла алады. Біз бұл топқа ағаш қалдықтарын жатқыза аламыз.
Ағаш қалдықтары өндірістік тауарды дайындау, өңдеу кезеңдерінің барлығында бөлінеді және 3 топқа жіктеледі:ағаш өңдеу кезіндегі,ағаштан өнімді дайындау кезіндегі,ағашты кесу кезіндегі.Қазіргі уақытта олар құрылыс материалдарын өндіруде,отын ретінде,гидролиз және канифоль-скипидар өндірісінде және т.б. салаларда көптеп қолданылады.Дегенмен олардан қалған қалдықтың белгілі бір бөлігі қолданылмай қалады.
Жұмыстың мақсаты ағаш қалдықтарының сорбциялық қасиеттерін зерттеу, бағалау және оларды суды ауыр металл иондарынан тазалау мақсатында қолдану.
Негізігі міндеттері:
- ауыр металдар иондарына қатысындағы ағынды сулардың модельді ерітінділерін дайындап, сорбентті қолдана отырып, статикалық жағдайларда адсорбциялық тазалау үрдісін жүргізу;
- ағын сулардың ауыр металдар иондарының қоспасынан сорбциялық тазалау барысында тиімді жағдайларды анықтау.
Зерттеу объектілері: құрамында ауыр металдар иондары бар модельді ерітінділер, ағаш қалдығы негізіндегі көміртекті сорбенттер.
Зерттеу заты: ортофосфор қышқылымен түрлендірілген көміртекті сорбенттердегі Pb,Hg,Cd сияқты ауыр металл иондарымен сорбция үрдісі.
Зерттеу әдістері: ИК-спектроскопия, атомно-адсорбциялық анализ, хромато-масс-спектрометрия, дериватография, стектрофотометрия, рН-метрия.
Практикалық база:

1.ӘДЕБИ ШОЛУ

1.1 Ауыр металдармен қоршаған ортаның ластануы

Ауыр металдардың қоршаған ортада, оның ішінде су бекеттерінде таралу проблемасы химиялық және экологиялық аспектілерде сараптау қызығушылығын тудырады.
Судың ластануын су айдындарына әртүрлі сұйық, қатты және газ тәрізді заттардың түсуі нәтижесінде судың физикалық, химиялық, биологиялық касиеттерінің өзгеруімен түсінеміз. Олар су айдындарын ластай отырып, халықтың тұрмысына шығын әкеліп, халықтың өмірінің қауіпсіздігіне және олардың денсаулығына зиянын тигізеді.
Жерасты және жерүсті суларының ластануын мынадай типтерге бөле аламыз: механикалық, механикалық қоспалардың құрамының жоғарылауы,негізінен беттік ластануға тән; химиялық - улағыш және улағыш емес органикалық немесе бейорганикалық заттардың суда кездесуі;бактериалдық және биологиялық патогендік микроорганизмдердің саңырауқұлақ және ұсақ балдырлардың суда кездесуі;радиоактивтік - радиоактивті заттардың жерасты және жерүсті суларында кездесуі;жылы - жылы және ЭС атомды сулардың су айдындарына тусуі.
Осылайша, сулы ортада бұл металдардың иондары гидратталған және құрамы ерітіндінің қышқылдығына байланысты әртүрлі гидроксо кешендерін түзуге қабілетті. Егер ерітіндіде қандай да бір аниондар немесе органикалық қосылыстардың молекулалары болса, онда бұл металдардың иондары әртүрлі құрылымдар мен тұрақтылықтағы әртүрлі кешендерді құрайды.

Ауыр металдар қатарында кейбіреулер адамның және басқа тірі ағзалардың тіршілігін қамтамасыз ету үшін аса қажет және биогендік элементтер деп аталатын элементтерге жатады. Басқалары керісінше әсер етеді және тірі ағзаға еніп, оның улануына немесе өліміне әкеледі. Бұл металдар ксенобиотиктер класына жатады, яғни тірі заттарға жат. Қоршаған ортаны қорғау мамандары улы металдар арасында басым топты анықтады. Оның құрамына адам мен жануарлардың денсаулығына ең қауіптісі ретінде кадмий, мыс, мышьяк, никель, сынап, қорғасын, мырыш және хром кіреді. Олардың ішінде сынап, қорғасын және кадмий ең улы болып табылады.

Биосфераны ауыр металдармен ластаудың ықтимал көздеріне қара және түсті металлургия кәсіпорындары (атмосфераны ластайтын аэрозоль шығарындылары, жер үсті суларын ластайтын өнеркәсіптік ағынды сулар), машина жасау (мыс қаптау, никельмен қаптау, хромдау, кадмийлеу), аккумуляторды өңдеу жатады.

Жер үсті суларының сапасын бақылау үшін әртүрлі гидробиологиялық бақылау қызметтері құрылған. Олар антропогендік әсердің әсерінен су экожүйелерінің ластану жағдайын бақылайды. Мұндай экожүйеге қоршаған ортаның өзі де (су) да, басқа компоненттер де (төменгі шөгінділер мен тірі организмдер - гидробионттар) кіретіндіктен, ауыр металдардың экожүйенің жеке құрамдас бөліктері арасында таралуы туралы ақпарат өте маңызды. Бұл жағдайда фондық концентрациялар деңгейінде ауыр металдардың құрамын анықтауға мүмкіндік беретін аналитикалық химияның заманауи әдістерін қолдану арқылы сенімді деректерді алуға болады.

Ұзақ уақыт бойына натрий, калий, магний, темір және кальций ғана маңызды биологиялық функцияларды орындайды, олар бірге адам ағзасындағы барлық металл атомдарының 99% дерлік қамтамасыз етеді және (темірден басқа) макронутриенттер тобы. Осы металдардың төртеуі, атап айтқанда натрий, калий, магний және кальцийдің гидратталған атомдары осмос және жүйке сигналдарын беру процестеріне қатысады, сонымен қатар қаңқа тінінің беріктігін анықтайды. Темір гемоглобин молекуласының құрамына кіреді, атмосфералық оттегінің байланысуына және оны мүшелер мен ұлпалардың жасушаларына тасымалдауға, яғни тыныс алу процесіне қатысатын ең маңызды ақуыз.

Ауыр металдарға жататын және организмде аз мөлшерде болатын өтпелі элементтердің (соның ішінде темір) функцияларына қызығушылық салыстырмалы түрде жақында пайда болды. Ғылымның жаңа саласы - биобейорганикалық химия, биогендік элементтер қосылыстарының құрылысын, қасиеттерін және in vivo реакцияларын зерттейтін ғылым саласы қалыптасты. Тірі ағзадағы аз мөлшерде болуына байланысты олар микроэлементтер деп атала бастады.Тіршілік ету ортасының сапасының ең маңызды көрсеткіші жер үсті суларының тазалық дәрежесі болып табылады. Металл-токсикант су қоймасына немесе өзенге түсіп, осы су экожүйесінің құрамдас бөліктері арасында таралады. Дегенмен, металдың әрбір мөлшері бұл жүйенің бұзылуына әкелмейді. Экожүйенің сыртқы улы әсерлерге қарсы тұру қабілетін бағалау кезінде экожүйенің буферлік сыйымдылығы туралы айту әдеттегідей. Осылайша, ауыр металдарға қатысты тұщы су экожүйелерінің буферлік сыйымдылығы деп оның түсуі зерттелетін бүкіл экожүйенің табиғи қызметін айтарлықтай бұзбайтын металл-токсиканттың осындай мөлшері түсініледі.

Бұл жағдайда улы металдың өзі мынадай құрамдастарға бөлінеді: 1) еріген күйдегі металл; 2) фитопланктонмен, яғни өсімдік микроорганизмдерімен сорбталған және жинақталған; 3) су ортасынан қалқыған органикалық және минералды бөлшектердің шөгуі нәтижесінде түпкі шөгінділермен ұсталған; 4) ерігіш күйінде су ортасынан тікелей түбі шөгінділерінің бетіне адсорбцияланған; 5) суспензия бөлшектерінде адсорбцияланған түрде орналасады. Суретте. 1 су экожүйесінде улы металдардың (М) таралуын схемалық түрде көрсетеді.

Гидробионттар (мысалы, моллюскалар) судағы металдардың пайда болу формаларына әсер етеді. Осылайша, мыстың жер үсті суларындағы мінез-құлқын зерттеу кезінде оның концентрациясының маусымдық ауытқуы байқалады: қыста олар максималды болады, ал жазда биомассаның белсенді өсуіне байланысты олар төмендейді. Мыс иондарын адсорбциялау қабілеті бар суспензиялы органикалық бөлшектердің тұндыру кезінде соңғылары төменгі шөгінділерге өтеді, бұл байқалатын әсерге әкеледі. Сондай-ақ, бұл процестің қарқындылығы суспензиялардың шөгу жылдамдығына, яғни жанама түрде мыс иондарын адсорбциялайтын бөлшектердің мөлшері мен заряды сияқты факторларға байланысты екенін атап өткен жөн.

Адсорбция және одан кейінгі шөгу нәтижесінде металдардың жиналуынан басқа, жер үсті суларында осындай ластаушы заттардың улы әсеріне экожүйелердің тұрақтылығын көрсететін басқа да процестер жүреді. Олардың ішіндегі ең маңыздысы еріген органикалық заттармен сулы ортадағы металл иондарының байланысуы. Сонымен бірге судағы токсиканттың жалпы концентрациясы өзгермейді.Дегенмен, гидратталған металл иондары ең үлкен уыттылыққа ие, ал кешендерге қосылғандар қауіпті емес немесе тіпті дерлік зиянсыз деп жалпы қабылданған. Арнайы зерттеулер табиғи жер үсті суларындағы металл-токсиканттың жалпы концентрациясы мен олардың уыттылығы арасында біржақты байланыс жоқ екенін көрсетті.

Табиғи жер үсті суларының құрамында көптеген органикалық заттар бар, олардың 80% топырақтан суға енетін гуминдік заттар сияқты жоғары тотыққан полимерлер. Суда еритін органикалық заттардың қалған бөлігі организмдердің қалдықтары (полипептидтер, полисахаридтер, майлар және амин қышқылдары) немесе химиялық қасиеттері бойынша ұқсас антропогендік қоспалар. Олардың барлығы, әрине, су ортасында әртүрлі өзгерістерге ұшырайды. Бірақ сонымен бірге олардың барлығы металл иондарын комплекстерге байланыстыратын және сол арқылы судың уыттылығын төмендететін комплекс түзуші реагенттердің бір түрі болып табылады.

Әртүрлі жер үсті сулары әртүрлі буферлік сыйымдылықтар көрсете отырып, улы металл иондарын әртүрлі тәсілдермен байланыстырады. Табиғи компоненттердің (гуминдік заттар, гумин қышқылдары және фульво қышқылдары) үлкен жиынтығы және олардың жоғары концентрациясы бар оңтүстік көлдердің, өзендердің, су қоймаларының сулары Солтүстіктің су қоймаларының суларына қарағанда тиімдірек табиғи детоксикацияға қабілетті. және қоңыржай белдеу. Сонымен, ceteris paribus, ластаушы заттар біткен сулардың уыттылығы табиғи аймақтың климаттық жағдайларына да байланысты. Улы металдарға қатысты жер үсті суларының буферлік сыйымдылығы анықталатынын атап өткен жөн.

Металл токсиканттарының M су экожүйесіне түсу жолдары және олардың пайда болу формалары еріген органикалық заттар мен суспензиялардың болуы ғана емес, сонымен қатар гидробионттардың жинақтау қабілеті, сонымен қатар барлық компоненттердің металл иондарын сіңіру кинетикасы болып табылады. еріген органикалық заттармен комплексті құрайтын экожүйенің. Мұның барлығы ластаушы металдар түскен кезде жер үсті суларында болатын процестердің күрделілігін көрсетеді. Суретте. 2-суретте табиғи жер үсті суларында улы металдардың таралу схемасы көрсетілген, олардың әртүрлі формада байланысуының химиялық және физика-химиялық процестерін жалпы түрде көрсетеді.

Бір қызығы, гумин қышқылдары, микроорганизмдердің әсерінен топырақтағы өсімдік қалдықтарының трансформациясы кезінде түзілетін осы ерекше табиғи жоғары молекулалық қосылыстар ауыр металл иондарын тұрақты кешендерге ең үлкен дәрежеде байланыстыруға қабілетті. Осылайша, сәйкес гуматтардың тұрақтылық константалары (гумин қышқылдары бар ауыр металл иондарының кешендері) металдың табиғатына байланысты 105 - 1012 аралығында болады. Гуматтардың тұрақтылығы су ортасының қышқылдығына байланысты.

Табиғи сулардағы металдардың болу нысандарын анықтау мәселесінің химиялық-аналитикалық аспектісі, ол шамамен 20 жыл бұрын тұжырымдалғанымен, талдаудың соңғы әдістерінің пайда болуымен ғана бұл мәселе шешуге қол жетімді болды. Бұрын судағы ауыр металдың жалпы мөлшері ғана анықталып, суспензия және еріген формалар арасында таралу белгіленді. Металлдармен ластанған сулардың сапасы олардың жалпы құрамы туралы мәліметтерді ШРК мәндерімен салыстыру негізінде бағаланды.

Енді мұндай бағалау толық емес және негізсіз болып саналады, өйткені металдың биологиялық әсері оның судағы күйімен анықталады және бұл, әдетте, әртүрлі компоненттері бар кешендер . Жоғарыда атап өтілгендей, кейбір жағдайларда, мысалы, табиғи текті органикалық қосылыстармен комплексті құраған кезде, бұл кешендердің уыттылығы төмен ғана емес, көбінесе су ағзаларының дамуына ынталандырушы әсер етеді, өйткені олар организмдер үшін биологиялық қолжетімді болады.

Қолданыстағы шекті рұқсат етілген концентрациясын әзірлеу кезінде күрделі түзілу процестері ескерілмеді, ауыр металдардың бейорганикалық тұздарының тірі организмдерге әсерін бағалау табиғи тектегі еріген органикалық заттар болмаған жағдайда таза сулы ерітінділерде жүргізілді. Дәлірек айтқанда, мұндай бағалау қиын, кейде мүмкін емес.

Сонымен, ауыр металдармен ластанған сулардың уыттылығы негізінен не металл акваиондарының немесе бейорганикалық иондармен қарапайым комплекстердің концентрациясымен анықталады. Басқа комплекс түзуші заттардың, ең алдымен органикалық заттардың болуы уыттылықты төмендетеді. Жоғарыда атап өтілген түп шөгінділерінде токсиканттардың жиналу құбылысы сулардың қайталама уыттылығының себебі болуы мүмкін.Шынында да, ластау көзі жойылып, су қалыпты жағдайға оралды дегендей, болашақта металдың төменгі шөгінділерден суға кері ауысуы мүмкін болады. Сондықтан су жүйелерінің жай-күйін болжау белгілі бір уақыт аралығында жүргізілетін олардың барлық құрамдас бөліктерін талдау деректеріне негізделуі керек.

1.2 Ауыр металдардың қасиеттері мен олардың табиғатта таралуы

Басым металды ластаушы заттардың тізімінен сынапты, қорғасынды және кадмийді адам мен жануарлардың денсаулығына ең қауіпті деп қарастырайық.
Су айдындарының ластаушы көзі болып толық тазаланбаған өндірістік және коммуналдық кәсіпорындардың, мал шаруашылығындағы ipі комплекстердің, кен қазбаларының өндірілуі кезіндегі қалдықтар, шахта және кен сулары, теміржол және су транспорттарының қалдықтары, пестицидтер жатады.Суды ластаушы металдардың ішінен адам денсаулығы мен өмірі үшін үлкен қауіп келтіретін қорғасын, кадмий және сынап металдарын атап өтуге болады.
Қорғасын. Бұл ластаушының жартысынан көп бөлігі қоршаған ортаға этилдік бензиннің күйдірілуі нәтижесінде таралады. Су жүйелерінде қорғасын көбінесе негізінен өлшенген бөлшектермен адсорбциялық байланыста болады немесе гумин қышқылдарымен ерігіш комплекс түрінде кездеседі. Биометилирлеу кезінде, сынап сияқты, қорғасын да тетраметилқорғасын түзеді.
Ластанбаған су беттерінде әдетте қорғасынның мөлшері 3 мкгл-ден аспайды.Өндірістік аймақтардағы өзендерде қорғасынның көптеген мөлшері кездеседі.Қар осы- ластаушыны белгілі дәрежеде аккумулирлеуге қабілетті: үлкен қалалардың маңайында оның құрамы 1 млн мкгл болуы мүмкін, ал үлкен қалалардан алыстаған сайын ~ 1-100 мкгл болуы мүмкін.Cу өсімдіктері қорғасынды жақсы аккумулирлейді, бірақ әртүрліжолдармен жүреді. Кейде фитопланктон, сынап сияқты, оны 10°-дейінгі концентірлік коэффициентпен ұстауға қабілетті.
Балықтарда қорғасын аз жиналады, осы себептен адам үшін бұл трофикалық күрмеулер буынында кауіпі аз. Бұл қосылыстар қалыпты жағдайдағы су айдындарындағы балықтарда өте аз табылады. Өндірістік қалдықтары бар аудандарда тетраметилқорғасынның балық клеткаларында жиналуы эффектілі және тез өтеді. Қорғасынның өткір және созылмалы әсері ластанудың 0,1--0,5 мкгл дәрежесінде орын алады. Адам организмінде қорғасын адамның сүлдесінде кальцийдің орнына жиналуы мүмкін.
Сынап. Қоршаған ортада сынап қосылыстары әртүрлі тотығу дәрежесін көрсете отырып, яғни Hg(0), Hg(I), Hg(II), өзара әрекеттесе алады. Аса қауіпті
болып органикалық, әcipece алкилді қосылыстар саналады.Сынап қосылыстарының көп жинақталған жері (97% дейін) - мұхиттардың беттік суы.
Шамамен барлық сынаптың жартысы табиғи ортаға техногендік себептермен келіп түседі.Ортаның қышқылдылығы мен оның тотықтырғыштық потенциалы сулы ортадан сынап қосылыстарын табуға қатысады. Мысалға, жақсы аэрирленген су қоймаларында көбінесе Hg(II) қосылыстары кездеседі. Сынап иондары берік комплекс түрінде суда кездесетін және лиганд ретінде болатын әртүрлі органикалық заттармен байланысады. Әсіресе берік комплекстер күкіртқұрамды қосылыстармен түзіледі. Сынап судың бөлшектерінде жақсы адсорбцияланады. Осы кезде концентрлеу факторы 10° дейін жетуі мумкін.
Демек, металдың суда болуы кезекті седиментациямен өлшенген бөлшектер сорбциясымен анықталуы мүмкін, яғни сулы ортадан сынаптың жойылуы жүреді.
Сулы ортада сынап R Hg- -Х және R Hg R, мұндағы R - метил- немесе этил-радикал түріндегі металлоргникалық қосылыстарды түзеді. Әдеби шолу бойынша сулы ортаға, сынап металдық сынап, ион Hg(П) және фенилсынап ацетаты түрінде келіп түседі. Балықта кездесетін, сынап формасын метилсынап микроорганизмдер ферментерінің қатысында билогиялық жолмен пайда болады. Аса ластанбаған сулардың беттік қабатында сынап құрамы 0,2- 0,1 мкгл аралығында ауытқиды, ал мұхиттарда бұл көрсеткіш үш есе аз болып келеді. Сулы өсімдіктер сынапты жақсы сіңіреді.
Сынаптың органикалық қосылыстары R-Hg R' престелген планктонда жоғары концентрация түрінде кездеседі. Ағзадан сынаптың бейорганикалық
қосылыстарынан,сынаптың органикалық қосылыстары ақырындап шығады.Осы токсиканттың стандарттық шекті құрамын (0,5 мкгкг) тағам өнімдерінің сапасын бағалау кезінде анықтайды.Сонымен қатар, сынап метилденген қосылыстар түрінде де кездеседі.Егер осы қосылыстар адам ағзасына түсетін болса, онда Минимат ауруы байқалуы мүмкін.
Кадмий. Химиялық қасиеттері жағынан кадмий мырышқа ұқсас. Кадмий ферментативті процесстерде шұғыл бұзушылыққа әкеле отырып, металл құраушы ферменттерде активті орталықтарда соңғы болып орын баса алады.
Көл орындарында кадмий үнемі мырышпен бірге кездеседі. Су жүйелерінде кадмий еріген органикалық заттармен байланысады, әсіресе оның құрылымында SH сульфгидрлі топтар болатын болса. Кадмий сонымен қоса аминқышқылдарымен, полисахаридтермен, гумин қышқылдарымен комплекстер түзеді. Бірақ осы лигандалардың кадмийді байланыстыруга қабілетті жоғары концентрацияларының болуы тірі организмдер үшін қауіпсіз кадмийдің бос акваиондарының концентрацияларын төмендетуге қабілетті емес деп саналады.Кадмий иондарының түпкі тұнбалармен адсорбциясы ортаның қышқылдығына тікелей байланысты.Нейтралды сулы орталарда кадмийдің бос ионы түпкі шөгінді бөлшектермен іс жүзінде толықтай сорбцияланады.

Бірнеше жыл бұрын кадмийді қоршаған ортаға түсіретін көздері көп болған. Кадмийдің қауіптілігі зерттеліп, белгілі болған соң олардың саны бірден азайтылды (өндірісі жақсы дамыған елдерде). Қазіргі уақытта қоршаған ортаны осы ластаушымен ластайтын негізгі көзі - никель-кадмийлі аккумуляторларды сақтайтын орындар. Белгілі болғандай кадмий Этна жанартаулардың атқылайтын өнімдерінде табылған. Жаңбыр суында кадмийдің концентрациясы 50 мкгл-ден жоғары болуы мумкін. Тұщы су айдындарында және өзендерде кадмийдін молщері 20-400. нгл шамасында болады. Оның аз мөлшері Тынык мухитының аумағында тіркелген, Жапон аралдарынан шығыска қарай (~0,8-9,6 нгл түбінде 8-5500 м). Бұл металл су өсімдіктері мен балықтардың ішкі органдарында жиналады.

Кадмий метилсынаппен және корғасынмен салыстырғанда өсімдіктерге келтіретін уыттылығы аз, сондай-ақ 0,2-1 мгл мөлшерінде кадмий болса фотосинтез құбылысының жүруі төмендейді және өсімдіктің өсуі нашарлайды. Мынандай қызықты эффект бар: кадмийдің уыттылығы мырыш қатысында белгілі мөлшерде төмендейді, бул мәлімет осы металдардың организмдегі ферментативті процесстерде бәсекеге түсе алуы мүмкін деген болжамды растайды.

Кадмийдің өткір уыттылығы тущы судағы балықтар үшін 0,09-дан 105 мкг л-ге дейін бола алады.Судың қатаюының жоғарылауы организмнің кадмиймен уланудан қорғану дәрежесін жоғарылатады. Адамдардың организміне трофикалық күрмеулермен түскен кадмиймен қатты улану жағдайлары белгілі (итай-итай ауруы). Организмнен кадмий ұзақ уақыт аралығында тазаланып, шығарылады. (шамамен 30 жыл)

1.3 Ауыр металдардың су бетінде жинақталу түрлері

Қоршаган ортаның басты сапалық көрінісі ретінде жерүсті суларының тазалығы қаралады.Улаушы металл су айдынына немесе өзенге түскенде осы судағы экожүйенің компоненттері арасында таралады. Бірақ металдың саны берілген жуйенің бұзылуына әкелмейді. Экожуйенің сыртқы улағыш заттар әсеріне қарсы мүмкіндігін бағалау үшін экожуйенің буферлі сыйымдылығы деген шама қолданылады. Сондай-ақ тұщы су экожуйесінің ауыр металдарға қатысты буферлік сыйымдылығы осындай мөлшердегі улағыш металл болып табылады.

Осы металлдардың түсуі қарастырылып отырған барлық экожүйенің функцияларының табиғи сипаттамасына әсер етпейді. Осыған байланысты улағыш металл келесі кұраушыларға бөлінеді: 1) еріген түрдегі металл; 2) фитопланктондармен сорбцияланған немесе аккумулярланған, яғни өсімдік микроорганизмдерімен, 3) су ортасындағы минералдық және органикалық бөлшектері седментациясы нәтижесінде болатын қалдықтарға тұрақтылар; 4) еріген су жүйесінен қалдықтар бетінде адсорбцияланғандар; 5) өлшенген бөлшектердегі адсорбцияланған формадағылар. 1 суретте улағыш металдың (М) су экожүйесіндегі бөлінуі сызба түрінде көрсетілген.

Металдың суда болу формасына гидробионттар әсер етеді (мысалы, ұлулар). Сонымен мыстың болуын оқып-талдау кезінде жерүсті суларында концентрациясының маусымдық өзгерістері қаралады: қыс мезгілінде олар максималды, ал жаз мезгілінде биомассаның белсенді өсу дәрежесі төмендейді. Өлшем органикалық, мыс иондарын адсорбирлеуге қабілетті бөлшектерді тұндыру кезінде соңғылары қалдықтарға ұшырайды және бұл қаралып отырған эффектілерге әкеледі.Сонымен қоса бұл процесстің интенсивтілігі өлшенген бөлшектердің седиментация жылдамдығынан тәуелді екенін айта кеткен жөн. Яғни адсорбирлеуші мыс иондарының заряды мен мөлшері сиякты мұндай факторлардан жанама болады.

Металдың аккумулярлануынан басқа адсорбция және седиментацияға байланысты жерүсті суларында басқа да процесстер болады. Олар экожүйенің улағыштар әсеріне қарсы тұрақтылығын көрсетеді. Олардың маңыздылары металл иондарын су ортасында еріген органикалық заттармен байланыстыруда болалы. Сонымен қоса осы кезде улағыштың судағы концентрациясы өзгермейді. Оның устіне, гидратталған металл иондары улағыштығы жоғары болып саналады, ал комплекске байланыстылардың зияны аз немесе жоқ болып есептеледі. Арнайы зерттеулер табиғи жерүсті суларындағы улағыш металдың жалпы концентрациясы мен улылығының арасында тәуелділік жоқ екенін дәлелдеді.

Табиғи жерүсті суларында органикалық заттардың көп мөлшері кездеседі, олардың 80%-ын суға жер қыртысы арқылы түсетін гумустық заттар түріндегі қышқылдылығы жоғары полимерлер құрайды. Суда еритін органикалық заттардың белгілі организмдегі өмір сүруге қажет заттарға (полипиптидтерге, полисахаридтерге, майлы және аминқышқылдарына) ие, немесе антропогендік жолмен пайда болған коспаның химиялық қасиеттеріне ұксас. Олардың барлығы су ортасында болатын әртүрлі айналуларға шыдайды. Бірақ олардың барлығы комплекстегі металл ионы мен судын улылығын төмендетушілерді байланыстыратын комплекс түзуші реагенттер болып табылады.

Әртүрлі жерүсті сулары улағыш металл иондарын әртүрлі буферлік сыйымдылықпен байланыстырады. Оңтүстіктегі көл, өзен, су айдындарындағы табиғи компоненттердің көп бөлігі (гумустық заттар, гумин қышқылдары және фульво қышқылдар) және олардың жоғары концентрациялары Солтүстіктегі су айдындарының суларына карағанда табиғи эффектілі детоксикацияға қабілетті. Ластаушылары бар судың улылығы табиғат зоналарының климаттық шарттарға байланысты. Жерүсті суларың буферлі сыйымдылығы улағыш металлға байланысты еріген органикалық заттар мен өлшенген бөлшектердің болуымен ғана емес, сонымен қоса гидробионттардың аккумулярлаушы қасиеттерімен сипатталады. Және экожүйедегі барлық компоненттердегі, еріген органикалық заттармен комплекс түзушілермен қоса, металл иондарының сіңіру кинетикасымен сипатталады. Мұнын барлығы ластаушы металдардың жерүсті суларына түсуі кезіндегі процесстердің қиын болатынын көрсетеді.

Микроорганизмдердің әсері нәтижесінде өсімдік қадықтары айналымдағы арқылы пайда болған спецификалық табиғи жоғары молекулалы қосылыстар, гумин қышқылдары ауыр металлдар иондарын тұрақты комплекстерге жоғары дәрежеде байланыстыруға қабілетті екенін айта кеткен жөн. Гуматтарға сәйкес турақтылық константасы (гумин қышқылдарымен ауыр металдардың комплекс иондары) металл табиғатына байланысты 〖10〗^5-〖10〗^12 арасында болады.Гуматтардың тұрақтылығы су ортасының қышқылдылығына байланысты.
Табиғиғи сулардағы металдардың кездесу формаларын анықтаудың химико-аналитикалық аспект проблемалары 20 жыл бұрын анықтала бастаса да анализдің жаңа әдістері пайда болуымен бұл тапсырма енді ғана шешілуде. Ертеде ауыр металдың сулары тек жалпы кұрамын анықтаған және өлшенген және ерітілген формалары арасындағы үлестерін тапқан. Металдармен ластанған судың сапасы жайлы ШРEК көлеміндегі жалпы кұрамының нәтижелері бойынша сараптаған.
Қазіргі кезде бұл бағалау металдың биологиялық әсері судағы қалпына байланысты анықталатын болғандықтан толық емес және негізсіз болып саналады.
Жоғарыда айтылгандай,ерекше жағдайларда,мысалы, органикалық табиғи жолмен комплекс түзуі нәтижесінде,бұл комплекстердің улағыштыны төмен ғана емес және кейде гидробионттардың дамуына әсер етеді және осы арқылы олар организмдерге биологиялық қол жетімді болады.ШРК жасап шығару кезінде комплекс тузілу процестері ескерілмейді және тірі организмдерге бейорганикалық тұздардың әсер етуін бағалау табиғи жолмен пайда болған,еріген органикалық заттарсыз таза суда жүргізілген.Асыра айтканда,мұндай бағалауды жасау қиын,тіпті кейде мүмкін емес.
Сонымен,ауыр металдармен ластануы нәтижесінде судың уланғыштығы металдардың акваион концетрацияларымен немесе бейорганикалық иондары бар карапайым комплекстермен анықталады. Баска да комплекс түзуші заттардың болуы (әсіресе органикалық) уланғыштықты төмендетеді.Жоғарыда айтылғандай қалдықтарда улағыш заттардың жиналып калуы сулардың уланғыштық қасиеттерінің пайда болуына себеп болуы мумкін. Шынымен де, егер ластаушы көздер шеттетілген болса, су таза болды десек те, біраз уакытан суданы қалдықтар әсерінен кейін металлдың кері миграциясы болуы мумкін.Сол себептен су жүйелерінің жағдайын сараптау оның құрамындағы барлық заттардың белгілі бір уакыт өткеннен кейінгі жасалган апализіне сүйеніп жасалуы керек.
Су айдындарына тускен ластағыш заттар судың сапалық өзгерістеріне әкеледі.Олар көбінесе судың физикалық қасиеттерін (жағымсыз иістің пайда болуы,дәмінің өзгеруі т.б.) өзгертеді;судың химиялық қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.
Түсті металлургия орындарының ағынды суларын ауыр металдар иондарынан тазарту мақсатында қолданылатын әдістердің ішінен сорбциялық әдіс тиімді бодып саналады. Сорбция - бул жұтылу механизіміне тәуелсіз, бір заттың екінші затпен жұтылу үрдісі.Қатты зат - ерітінді беттік бөлінуіндегі сорбцияны суды тазалауда практикалық маңызы зор.Фазалардың бөліну шегінде беттік энергияға ие сорбент молекуласының,адсорбцияға ұшырайтын зат молекуларымен әрекеттесуі адсорбция үрдісінің негізі болып табылады.
Сорбция үрдісі беттік энергияның темендеуімен байланысты және өздігінен жүреді.Сорбент ретінде көптеген әртурлі табиғи және жасанды кеуекті материалдарды қолдануға болады:күл,кокстық қалдық,торф,силикагельдер, алюмогельдер,белсенді көмірлер,шунгиттер,циолиттер, алюмосиликаттар және т.б. Сорбенттің белсенділігі көлем бірлігінде немесе сорбент массасына (кгм', кткг) қатысты сіңіретін заттың санымен сипатталады.Сорбция су көздерінен ерітілген заттардан, әсіресе,органикалық заттардан тазартудың аса маңызды әдісі болып табылады.Сорбциялық әдістің артықшылықтарына: химиялық тұрактылығына байланысты әртурлі табиғи көздерінен ластанған суларды тазалау мумкіндігі, екіншілік ластануды болдырмау және үрдісті бақылау жатқызылады.
Сорбент алумен байланыскан шығындар әртурлі өнеркәсіп орындардан қалдықтарды өңдеу барысында осы мақсатта түрлі тиімді сорбенттерді жасап шыгаруға болады.Көп мөлшерде түзілетін өнеркәсіптегі қатты қалдықтарды көміртекті сорбенттерді дайындауда қайта өңдеуге болады,сәйкесінше, олар суды тазалауға қатысуы мүмкін.Осылайша,үш мәселенің шешімі табылады:қалдыктарды өңдеу,шикізатты сақтау және суды тазалау.
Сорбенттерге келесі бір талаптарды қанағаттандыру қажет:үлкен сорбцялық сыйымдылыққа,жоғары механикалық беріктілікке ие болуы керек,оңай түрлендіруге ушырап,қолжетімді арзан болуы қажет.Ағынды сулардың тазалану дәрежесі суға койылатын талаптар мен оның қосалқы өнімдермен ластануына байланысты - салыстыру жұмыстарымен анықталады.
Ағынды суларда кездесетін зиянды қоспалардың концентрациясын төмендету үшін терең тазалаудың қажеттілігі туындайды.Сондықтан,ағынды суларды тазалау барысында шекті рұқсат етілген концентрация салыстыру жұмыстары жүргізіліп,сәйкесінше, жоғары концентрацияларды төмендету жұмыстары анықталды.
Белсендіріген көмірлер - жылына миллион тонналап өндірілетін кең қолданылатын сорбент.Ол химиялық табиғаты жағынан әртурлі болып келетін қоспаларды жою үшін қолданылатын әмбебап сорбент болып табылады. Белсендірілген көмірді алуды негізгі шикізат көзі табиғи немесе жасанды органикалық заттар.Табиғи қатарына:агаш, қоңыр және тас көмірлер, мұнайдың ауыр фракциялары, ал жасанды - химиялық өнеркасіпте өндірілетін полимерлі материалдар жатқызылады.
Көміртекті сорбенттерді әртүрлі формаларда қолданады:өлшемі 0,8 мм дейін болатын ұнтак турінде,үлкен өлшемді түйіршіктер,әртүрлі форма мен өлшемді блоктар,қабыөша,мата талшықты түрінде де пайдаланады.Ұнтақтәріздес сорбенттер біршама кең ауқымда қолданылады, себебі оны ұсақталған шикізаттан оңай алуға болады.
Көміртекті сорбенттердің сан алуандығын келесі қасиеттеріне байланысты түсіндіруге болады: бастапқы шикізат табиғаты (қатты,сұйык және газтаріздес), алу әдісі,құрылымдық және текстуралық (кеуектілік, беткі қабаты,өлшемі,тесіктердің (пора) білінуі) қасиеттері және қолдану аймағы.
Белсендірілген көміртекті талшыкты материалдар - енеркәсіп пен техника саласында кеңінен қолданылатын сорбенттердің ерекше түрі.Оларға ерекше қасиет беріп, сорбциялық қасиетін арттыру мақсатында оларды түрлендіреді.
Түрлендіру физикалық әдістермен, мысалы, сорбентті қосымша термоөңдеу немесе химиялық (электрохимиялық) өңдеу, мысалы,азот қышқылымен тотығу немесе химиялық белсенді заттармен турлендіру есебінен жүруі мумкін.
Қазіргі кезде фенолформальдегид шайырлары негізінде алынган сорбенттер аса қызығушылық танытуда, олардың шекті беттік қабаты 2500 м7г курайды, ал тажірбиелік жагдайларда одан да артық көрсетеді, екінші орындагидратцеллюлоза орналасқан.Алынған көрсеткіштер стандартты болып табылады және сорбенттер енеркәсіпте манызды болып саналады.Белсендірілген кеміртекті талшықтар қопсыған түрдегі құрылымды көрсетеді.Олар микрокристалдармен байланысқан тузілулерді керсетеді,олардың арасында тесіктердің үлкен өлшемі аныкталған.Осы талшыктар жоғары сорбциялық қасиет керсеткенмен, казіргі кезде кейбір жагдайларда олар қойылған талаптарды қанағаттандырмайды. Негізінен электроткізгіштік касиеттерге ие талшыкты сорбенттерді алу қажеттілігі туындаған, ерітінділер адсорбциясынан кейінгі тура регенерация ушін қолданылуы мумкін.
Сонымен катар, көміртекті талшықты сорбенттер физикалык адсорбция нәтижесінде еріткіштер немесе кандайда бір заттарды байланыстыратын жай ғана адсорбент емес,олар полиамфолит те бола алады, бірак осындай сорбенттердің сыйымдылығы,олардың алмасу сипаттамалары біршама төмен болып келеді.
Суды немесе басқа да сұйықтықтарды тазалауда анионогендік топшаларды көрсететін аниониттер мен катиониттерді құрайтын көміртекті талшықтар дайындалды.Осы талшыктар-катиониттер - тотығу жолымен оңай алынады.Егер талшықтар 1100-1200°С төменгі температуралардан алынса, бірак олардың қарсыласуы жоғары,олар тоқты өткізгіш ретінде де қолдануы мүмкін.
Суды тазалау мен ағынды суларды тазалауда көптеген көміртекті сорбенттерді қолдану масштабы шектелген, ол агрессивті химиялық заттардың қоспасына жеткіліксіз тұрақтылығына байланысты.Осыған байланысты табиғи графиттерден арзан және қолжетімді кеміртекті сорбенттерді алуды дайындау өзекті мәселе болып табылады. Олар әлсіз адсорбциялық қабілеттілік керсететін инертті материал болып келеді. Белсенді рагенттерге (су буы, көміртек диоксиді) қатысты табиғи графитердің төменгі реакциялық қабілеттілігі осының негізіндегі кеуекті коміртекті материалдардың синтезін қтындатады.Бірак графиттерде сорбциялық қасиетке ие қосылыстарды түзе отырып, әртүрлі химиялық қосылыстармен әрекеттесу қабілеті байқалады.Лигноцеллюлозалық шығындарды өңдеу кезінде көбінесе ортофосфор қышқылының химиялық белсенділігі пайдаланылады. Ол белсенділік көмірдің органикалық қасиетін жогарылатуға,процессте температураны төмендетеді және қайта өңдеу технология кезінде энергияны унемдеуге мүмкіндік береді.

1.4 Сорбциялық тазалау үрдісіндегі табиғи және түрлендірілген көміртекті сорбенттер

Соңғы кезде судың сапасына катаң талаптар туындаған сайын,суды тазалауда көптеген классикалық әдістер табиғи және ағынды сулардыңтерең тазалануын қамтамасыз ете алмай жатыр және экономикалық тұрғыданөте тиімсіз болып табылады. Сондықтан зерттеушілер су көздерінен әртурлі зиянды заттарды бөліп алу әдістерінін жаңа түрін ойлап табуға назар аударды.
Практика жүзінде қолданылатын,біршама тиімді болып сорбция үрдісі саналады, ол қол жетімді,әрі судары еріген коспалардың тазалану дережесі біршама жоғары больп келеді. Сонымен катар, сорбциялық технологияның тағы бір деректелігі - аппараттық жабдыктаудағы карапайымдылық пен үрдістітолық немесе жекелей автоматтандыру болып табылады. Сорбциялық практикада колданылатын микрокеуекті белсенді көмірлерде кемшіліктер қатары орын алған олар сорбция үрдісін дурыс жургізілуіне кедергі болады.
Мысалға,осындай кемшілік қатарына, жоғары гидродинамикалық қақтығысты тудыратын түйіршіктердің дұрыс емес формасын жаткызуға болады, олар сорбциялық ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.