Сорбируемость меди на бурых углях, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах (стр. 2 из 8)
С целью перевода испытуемого сорбента в модифицированную форму, позволяющую повысить емкость природного образца, горелую породу обрабатывали растворами щелочи, затем отмывали дистиллированной водой до нейтрального значения pH и проводили сорбцию металлов при нормальных условиях. В процессе модификации значения pH варьировались от 8 до 14. Эксперимент проводили при температуре 20С и в интервале концентраций от 10-3 до 3,1
10-5М. В результате исследования были получены следующие результаты:Результаты сорбируемости меди, свинца и кадмия Таблица1
| Сорбируемый Металл | Количество сорбированных ионов,А, мг/мл | |
| Немодиф. | Модиф. | |
| Медь | 10,4 | 14,2 |
| Свинец | 32,6 | 45,5 |
| Кадмий | 17,94 | 19,95 |
По мнению авторов, изученные сорбенты (модифицированная и немодифицированная) порода обладают значительной сорбционной емкостью, что позволяет использовать эти материалы в технологии для доочистки воды.[6].
2.2. Гуминовые кислоты
2.2.1 Методы извлечения и структура гуминовых кислот
2.2.1.1 Гуминовые кислоты сапропелей
ГК сапропелей — вещества, извлекаемые растворами щелочей, представляют большой интерес в научном и практическом плане. Содержание гуминовых веществ изменяется в пределах 17-62%, причем они более чем наполовину состоят их гуминовых кислот. ГК сапропелей отличаются от торфяных и угольных даже по внешним признакам, поэтому некоторые исследователи называют их "белым гумусом". В составе сапропелевых ГК больше водорода и азота, что связано с особенностями исходного биологического материала, обогащенного белковыми и жировыми веществами. Аминокислоты входят как непременный компонент во все гуминовые и фульвокислоты. Аминокислота, непосредственно связанная с фенольными кольцом, не отщепляются при гидролизе при обычных условиях, что говорит о структурной роли аминокислот в построении гуминовых веществ. Другой источник азота – порфирины. Их особенность – содержание пятичленных пиррольных циклов, которые могут участвовать в гумификации. Сочетанием химических и инструментальных методов исследования было показано, что гуминовые кислоты сапропелей, в отличие от ГК почв, торфов и углей, представлены в основном гидролизуемым полипептидно-углеводным комплексом (16 аминокислот и 5 углеводов (в сочетании с соединениями жирного ряда при малом количестве простых ароматических единиц.
Гуминовые кислоты сапропелей – это смесь кислых веществ биохимического превращения исходной биомассы водоема, представляющую собой группу природных аморфных поликарбоновых кислот с разнообразным содержанием полифункциональных групп (аминовых, амидных, карбоксильных, карбонильных, фенольных гидроксилов), растворимых, в основном, в щелочных растворах и выпадающих в осадок при подкислении раствора (до рН=1) минеральными кислотами из-за угнетения диссоциации слабых органических кислот. Гуматы (соли ГК) щелочных металлов растворимы в воде, гуматы остальных металлов нерастворимы. ГК термически нестойки, в термическом интервале 100-200 0С они декарбоксилируются и теряют растворимость. Удельная поверхность ГК примерно 900 м2/г, что сравнимо с удельной поверхностью активированного угля. При высушивании – это аморфный (или псевдокристалический) порошок темно-коричневого или черного цвета. В связи с высоким содержанием алифатических структур молекулы ГК очень гидролизованы и удерживают при растворении большое количество (от 14 до 20 г/г) связанной воды, вследствие чего уже при конденсации 3-4% ГК в растворе система представляет собой пасту. С увеличением концентрации ГК стабильность раствора сохраняется при повышении реакции среды (рН) с 3,0 для 1%-ного раствора, 6,0 – для 2% раствора, 7,0 – для 3% - ного. При понижении рН растворы приобретают вид коллойдных систем. В кислой среде вместе с гуминовыми кислотами выпадают в осадок и гиматомелановые кислоты (ГМК). Они растворяются при обработке осадка этанолом, образуя вишнево-красный раствор. Долгое время гиматомелановые кислоты включали в группу ГК. Сейчас имеется достаточно информации для выделения ГМК в особую группу. Тем не менее, информация о ГМК сапропелей в литературе отсутствует. В работах Орлова можно найти информацию о ГМК почв. Все ГМК почв обеднены углеродом по сравнению с ГК. Это связано с повышенной долей водорода в молекулах ГМК.
Для изучения структурных особенностей ГК широко используются методы деструкции, по характеру воздействия подразделяющиеся на две группы: методы гидролиза, затрагивающие периферийную часть молекулы, и методы жесткой деструкции, разрушающие ядро. Выявлено,[8] что содержание растворимой фракции при гидролизе ГК 2%-ным раствором НС1 составляет 25-54% на 0В и является более высоким для ГС сапропелей слабопроточных водоемов с преобладанием водорослевых остатков. В гидролизатах идентифицированы моносахариды (глюкоза и галактоза) и дисахариды (сахароза, мальтоза и лактоза), а также 15 аминокислот.
ГК сапропелей характеризуются высокой зольностью, основу которой составляет кремнезем. Впрочем, кремний может входить и в состав органоминерального комплекса ГК, хотя главная часть SiO2, по-видимому, соизвлекается щелочным раствором вместе с ГК. Минеральные компоненты ГК представлены алюминатами, силикатами, высокодисперсными легкопептизируемыми глинистыми минералами.
Для ГК сапропелей характерно взаимодействие с железом, кальцием, микроэлементами. Выявлен обменный характер связи кальция, магния и ряда микроэлементов с ГК. Доказаны две формы связи железа (ковалентная, ионная); при этом основная часть Fе (50-60%) и Са (50-70%) связана с высокомолекулярной фракцией ГК.
ГК склонны к образованию соединений с некоторыми минералами сапропелей (каолинитом и монтмориллонитом) адсорбционных соединений с карбонатами, в частности, с кальцитом и арагонитом, ингибируя тем самым процесс их осаждения. При этом важную роль при взаимодействии ОВ с поверхностью карбоната играют аминокислоты. На поверхности частиц СаСОз преимущественно адсорбируются лишь ГК и ФК, обогащенные дикарбоновыми кислотами (аспарагиновой и глутаминовой), тогда как на поверхности других минералов — кварца, глин — адсорбируются ГВ, содержащие аминокислоты основного характера (глицин, аланин).[7].
2.2.1.2 Гуминовые кислоты бурых углей
Исследование состава и свойств гуминовых кислот бурых углей и торфов приобретает все большее значение в связи с широким их применением в ряде отраслей народного хозяйства. Образец гуминовых кислот был приготовлен по стандартной методике из угля Хандинского месторождения с содержанием гуминовых кислот 52%. Метод приготовления ГК заключается в предварительной деминерализации пробы угля 5%-ным раствором НСl отмывке ее от ионов хлора и дальнейшей обработке угля 1%-ным NaOH, отделение твердой фазы и в последующей обработке раствором НСl (5%) для выделения свободных ГК в твердую фазу, повторном промывании ГК от ионов хлора и высушивании до постоянного веса.
Перед постановкой опытов образец ГК вывдерживали в термостате при 60 градусах в течение 1,5-2 ч.для удаления влаги. Опыты проводили в колбах (100мл) с притертой пробкой.Отношение адсорбента к раствору адсорбата составляло 1:25. По истечению заданного времени адсорбент отделяли от раствора фильтрованием через фильтр с синей лентой. В фильтрате определяли остаточную концентрацию металла атомно-абсорбционным методм. Проведенные исследования показали, что ионное равновесие наступает через 3 ч контакта фаз. В результате адсорбци понижается величина рН раствора вследсвтие обмена ионов металла с водородом карбоксильной группы.Адсорбция ионов металлов на ГК в сернокислой среде протекает несколько лучше, чем в солянокислой. [10].
2.2.2 Важнейшие функции гумусовы веществ в биосфере
Эти частные примеры приводят к необходимости выявления и формулирования важнейших функций гумусовых кислот в биосфере. В наиболее общей форме можно говорить о пяти важнейших функциях: аккумулятивной, транспортной, регуляторной, протекторной и физиологической. Их совокупность позволяет достаточно полно понять экологическую роль гумусовых веществ.
Аккумулятивная функция заключается в накоплении в почвах (и в других самостоятельных природных телах) в форме органических соединений углерода; азота, фосфора, других необходимых для жизнедеятельности элементов, включая микроэлементы. Аккумулятивную функцию не следует рассматривать, как пассивное складирование элементов питания, поскольку накопление может происходить и в почвенных растворах. Может быть, с этих позиций стоило бы выделить еще одну функцию – мобилизационную, но думается, что она перекрывается двумя другими – аккумулятивной и регуляторной.
Транспортная функция заключается в формировании геохимических потоков минеральных и органических веществ, преимущественно в водных средах за счет формирования устойчивых, но сравнительно легкорастворимых (или пептизируемых) комплексных соединений гумусовых кислот с катионами металлов, гидроксидами, некоторыми биоорганическими молекулами или образования адсорбционных соединений гумусовых кислот со слоистыми алюмосиликатами. Именно в таких формах, по-видимому, мигрирует в почвенном профиле и в ландшафтах преобладающая часть органических и неорганических соединений.
Регуляторная функция гумусовых кислот сложна и многопланова. К ней можно отнести:
1. Формирование почвенной структуры и водно-физических свойств почвы;
2. Регулирование равновесий в реакциях ионного обмена, кислотно-основных, окислительно-восстановительных процессах;
3. Регулирование условий минерального питания растений за счет влияния гумусовых веществ на растворимость минеральных компонентов и доступность живым организмам;