Важкі метали та їх виявлення в стічних водах підприємств (стр. 4 из 6)

Для одержання спектра рентгенівських променів у рентгеноспектральному аналізі використають їхню дифракцію на кристалах (або на штрихових дифракційних решітках) при таких малих кутах

(1 – 12°), що рентгенівські промені відбиваються, ніби ковзаючи по поверхні кристала.

Досліджуваний зразок при рентгеноспектральному аналізі опромінюється первинними рентгенівськими променями. Атоми елементів, що входять до складу зразка, під дією випромінювання збуджуються й самі стають джерелами вторинного рентгенівського випромінювання. Такий спосіб аналізу одержав назву флуоресцентного.

Специфічний для даної речовини спектр вторинного випромінювання описується як корінь квадратний із частот коливань променів, випущених атомами, що входять до складу зразка, і лінійно залежить від їхніх атомних номерів:

(1)

Де

- частота коливань, пов'язана з довжиною хвилі співвідношенням R – постійна Рідберга; а - постійна для кожної лінії спектра величина; Z – атомний номер елемента; - середня константа екранування.

Рис. 2.1. Принципова схема рентгенівського спектрометра з вигнутим кристалом.

1 – додатковий електронний детектор; 2 – досліджуваний зразок; 3 – рентгенівська трубка; 4 – діафрагма; 5 – вигнутий кристал; 6 – електронний детектор флуоресцентного спектра.

З рівняння (1) видно, що кожному виду атомів властива певна частота коливань вторинних рентгенівських променів, збуджених первинним випромінюванням. Очевидно, що енергія кванта збудження повинна бути більше енергії, необхідної для вибивання глибинних електронів атомів досліджуваної речовини, тобто флуоресцентне випромінювання досліджуваного зразка виходить у тисячі разів слабкіше первинного випромінювання, що утрудняє реєстрацію спектрів.

На малюнку 1 наведена принципова схема рентгенівського спектрометра з вигнутим кристалом. Як видно з малюнка, первинні рентгенівські промені із джерела падають на досліджуваний зразок, викликаючи вторинне флуоресцентне випромінювання. Частина випромінювання через діафрагму подається під малим кутом на поверхню вигнутого кристала й під кутом ковзання відбивається віднього. Відбиті від вигнутого кристала промені, будучи сфокусованими на кільцевий екран, утворять на ньому спектр. Цей спектр фіксують фотографічними методами або ж за допомогою електронного детектора. Іноді можливе використання лічильників Гейзера для реєстрації енергії випромінювання.

Розділ 3. Практична частина. Отримання та аналіз важких металів із стічних вод підприємств методом сорбції

Розглянемо основні методи сорбції важких металів із стічних вод підприємств. Аналіз стічних вод має одну особливість, а саме – достатньо великі об’єми аналізованих розчинів, що дозволяє використовувати методи концентрування. Для концентрування стічних вод використовують методи екстракції, випарювання, сорбції. Кожен із приведених методів має як свої позитивні так і негативні сторони. Процеси екстракції потребують використання органічних розчинників: хлороформу, бензолу, толуолу, чотири хлористого вуглецю. Але використання органічних розчинників, випарювання їх досить вогненебезпечне. Методи випарювання не потребують ніяких розчинників, проводяться у водному середовищі, але по часу вони доволі тривалі і їх не можна використати для експрес-аналізу. Метод сорбції потребує використання спеціальних органічних чи неорганічних сорбентів. Метод сорбції в останній час активно розвивається, у його розвитку використовують методи та методики сорбції, які були розроблені раніше для виділення урану, плутонію. Наприклад, в Україні такі роботи велися на Придніпровському гірничо-збагачувальному комбінаті, де на основі методик первинного збагачення уранової руди розробили установки для промислової сорбції рідкоземельних та благородних металів. В останній час викликають інтерес природні сорбенти – цеоліти, які проявляють активну сорбційну дію.

3.1 Виділення важких металів із стічних вод методом сорбції

При аналізі стічних вод широкими можливостями володіє метод сорбції. При його використанні можна досягти коефіцієнтів концентрування до

. Сорбцію проводять як у статичних так і у динамічних умовах, використовують сорбційні фільтри. У якості сорбентів використовують активне вугілля, сульфовугілля, синтетичні іоніти, комплексоутворюючі сорбенти.

Розроблені методи поглинання хелатів [8, 10], а саме Cd, Co, Cr, Cu, Dy, Eu, Hf, Hg, Mn, Ni, Pb, Re, Sm, Tb, Znпереводили в 8-оксихінолінати при РН = 8 та поглинали утворені хелатні сполуки активованим вугіллям. Мікроелементи поглиналися кількісно, коефіцієнт поглинання досягав значення

. Для подальшого аналізу використовували методи атомно-абсорбційної спектрометрії.

Ще більш зручні для проведення експрес-аналізів сорбційні фільтри. Фільтр із привитими групами

кількісно поглинає близько 12 мікроелементів (в основному важкі метали та благородні), які містяться у стічних водах та промислових водах підприємств у звішеному та іонному вигляді. Після висушування фільтр аналізують методом ренггено-фазового аналізу, границя виявлення мікроелементів складає .

Високі значення коефіцієнтів концентрування досягаються при використанні статичних умов сорбції. Наприклад в [8] у якості сорбента запропоновано використати метатитанову кислоту. По методиці до проби об’ємом 2 літри додають 200 мг сорбента і перемішують. Після відстоювання осаду фільтрують для отримання осаду, потім осад разом із беззольним фільтром (баритові фільтри) прожарюють при температурі 350 – 400ºС. отриманий концентрат змішують із хімічно чистим графітовим порошком та хлоридом натрію та аналізують. Цим методом досягають кількісної сорбції більшості металів, а саме Al, Bi, Co, Cg, Cr, Cu, Fe, Ga, Ge, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, W, V, Zn. Коефіцієнт концентрування складає

, границя виявлення мікроелементів .

Серед неорганічних сорбентів особливе місце по поширеності та по дешевизні займає активне вугілля різних марок та видів. Активне вугілля являється селективним полі функціональним катіонітом. Воно легко регенерується, досить стійке до хімічного, радіаційного та термічного впливу. Із допомогою активного вугілля проводять визначення хрому, молібдену та ванадію у водах різноманітної природи. Їх поглинають окисненим вугіллям та в подальшому спалюють отриманий концентрат в пальниках при атомно-емісійному аналізі.

В [12] розглянуто процеси сорбції на сорбентах різноманітної хімічної природи.

У книзі приведено класифікацію сорбентів на основі їх хімічної будови та властивостей. Згідно [12] виділяють сорбенти із комплексоутворюючими групами, сорбенти на неорганічній матриці, сорбенти модифіковані комплексоутворюючими реагентами, неорганічні сорбенти.

Промисловістю виготовляються промислові сорбенти із різноманітними комплексоутворюючими групами. Наприклад сорбент Келекс – 100 використовується для одночасного концентрування кадмію, кобальту, заліза, молібдену та нікелю при аналізі вод різної природи та біологічних об’єктів у токсикологічному аналізі. Для виявлення важких металів запропоновані умови: об’єм проби – 200 мл, РН = 7 – 8, тиски 200 – 300 кПа, час концентрування 20 хв. Фільтри після концентрування аналізують рентгенофлуоресцентним методом [12].

Останнім часом синтезовано сорбенти із різноманітними комплексоутворюючими групами. Наприклад сорбент Р-Д містить привитий дитизон (рис.3.1.), матрицею його слугує полістирол.

Рис. 3.1. Залишок комплексоутворюючой групи сорбента Р-Д.

Сорбент використовували для сорбції рідкоземельних та благородних металів із стічних вод гальванічних цехів, підприємств кольорової металургії.

Також синтезовані сорбенти ПВБ-МП, ПОЛІСОРГ VI, матрицями яких є сополімери стирола із дивініл бензолом, полівініленові волокна із комплексоутворюючими групами:

Отримані сорбенти використовують для аналізу та концентрування в основному благородних металів та деяких рідкоземельних металів при одночасному перебуванні у розчині таких поширених металів як мідь, алюміній, кобальт, нікель, залізо та інші.

У якості матриці використовують не тільки синтетичні полімери, а і природні, найчастіше целюлозу. Так волокнистий сорбент Мтилон Т, який містить групу

, запропоновано для аналізу стічних вод гальванічних цехів, для концентрування таких металів як мідь, срібло, золото.