Применение углеродных сорбентов для извлечения марганца из растворов

Марганец – один из наиболее часто встречающихся элементов в природных водах. Он является биомикроэлементом, потребность в котором для человеческого организма составляет 5–7 мг в сутки.  Недостаток содержания марганца в питьевой воде может приводить к негативным последствиям в жизнедеятельности человека. В то же время большое содержание марганца в воде и повышенное суточное его потребление приводят к блокированию ферментов, задействованных в процессах перевода неорганического иода в органический и в дальнейшем изменении неактивного дииодотиронина в действующий гормон тироксин. Нами изучена возможность применения углеродных сорбентов, обладающих микропористой структурой, для изменения содержания марганца в водных растворах. Адсорбционная способность марганца существенно зависит от кислотности среды. Наибольшая величина адсорбции катионов марганца (II) наблюдается в слабощелочной среде (рН 7,5). Кинетические исследования показали, что взаимодействие может быть описано уравнением псевдопервого порядка. Константа скорости реакции, вычисленная графическим и расчетным вариантами, составила 0,067 с^-1. Функциональная оценка адсорбционного процесса может быть представлена изотермами мономолекулярной адсорбции, которые в целом описываются классическим уравнением Ленгмюра. Параметры характеристических констант адсорбции: предельная величина адсорбции – 1,68 ммоль/г, константа адсорбционного равновесия – 0,979×10³ при температуре 298 К. Энергия Гиббса при 298 К равна -7,41 кДж/моль. Изучение процесса при повышенных температурах 308, 318 и 328 К указывает на его экзотермический характер. Величина предельной адсорбции при нагревании снижается.

1. Янин Е.П., Кузьмич В.Н., Иваницкий О.М. Региональная природная неоднородность химического состава поверхностных вод суши и необходимость ее учета при оценках их экологического состояния и интенсивности техногенного загрязнения // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2016. N 6. С. 3–72. EDN: WBALCN.

2. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основные закономерности геохимии марганца. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 2013. 40 с.

3. Khabaz-Saberi H., Rengel Z., Wilson R., Setter T.L. Variation of tolerance to manganese toxicity in Australian hexaploid wheat // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2010. Vol. 173, no. 1. P. 103–112. DOI: 10.1002/jpln.200900063.

4. Трубачева Л.В., Лоханина С.Ю., Леонтьева А.Н. Определение содержания ионов марганца в образце для контроля состава природных вод // Вестник Удмуртского университета. Серия физика и химия. 2011. N 2. С. 80–86. EDN: OESQST.

5. Левина Э.Н. Общая токсикология металлов. Л.: Медицина, 1972. 184 с.

6. Pankau C., Nadolski J., Tanner H., Cryer C., Di Girolamo J., Haddad C., et al. Examining the effect of manganese on physiological processes: invertebrate models // Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. 2022. Vol. 251. P. 109209. DOI: 10.1016/j.cbpc.2021.109209.

7. Мазунина Д.Л. Негативные эффекты марганца при хроническом поступлении в организм с питьевой водой // Экология человека. 2015. N 3. C. 25–31. EDN: TMITFB.

8. Williams M., Todd G.D., Roney N., Crawford J., Coles C., McClure P.R., et al. Toxicological profile for manganese. Atlanta: Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 2012. 506 р.

9. Дударев В.И., Минаева Л.А., Филатова Е.Г. Аналитический обзор методов очистки природных и технологических вод от марганца: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 124 с.

10. Краснова Т.А., Беляева Е.Е., Беляева О.В., Гора Н.В., Иванова Л.А. Использование углеродных сорбентов для удаления марганца из водных сред // Водоснабжение и санитарная техника. 2022. N 7. С. 18–24. DOI: 10.35776/VST.2022.07.03. EDN: OPPBQZ.

11. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982. 168 с.

12. Синтез, свойства и применение углеродных адсорбентов: кол. монография / под ред. А.А. Фомкина. М.: ИД «Граница», 2021. 312 с.

13. Rachel N.Y., Nsami N.Ju., Placide B.B., Daouda K., Abega A.V., Benadette T.M., et al. Adsorption of manganese (II) ions from aqueous solutions onto granular activated carbon (GAC) and modified activated carbon (MAC) // International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. 2015. Vol. 2, no. 8. P. 606-614.

14. Chowdhury Z.Z., Zain S.M., Rashid A.K., Rafiu R.F., Khalid K. Breakthrough curve analysis for column dynamics sorption of Mn (II) Ions from wastewater by using Mangostana garcinia peel-based granularactivated carbon // Journal of Chemistry. 2013. P. 959761. DOI: 10.1155/2013/959761.

15. Ястребов К.Л., Дружинина Т.Я., Надршин В.В., Карлина А.И. Подготовка и очистка природных и сточных вод: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. 564 с. EDN: TJNFUX.

16. Калюкова Е.Н., Письменко В.Т., Иванская Н.Н. Адсорбция катионов марганца и железа природными сорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2010. Т. 10. N 2. С. 194–200. EDN: MUEQSJ.

17. Гимаева А.Р., Валинурова Э.Р., Игдавлетова Д.К., Кудашева Ф.Х. Сорбция ионов тяжелых металлов из воды активированными углеродными адсорбентами // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. Т. 11. N 3. С. 350–356. EDN: NWGXVT.

18. Холомейдик А.Н., Земнухова Л.А. Удаление ионов марганца из водных растворов сорбентами на основе рисовой шелухи // Экология и промышленность России. 2011. N 11. С. 34–35. EDN: OJMGLH.

19. Марченко З. Фотометрическое определение элементов. М.: Мир, 1971. 502 с.

20. Лаврухина А.К., Юкина Л.В. Аналитическая химия марганца. М.: Наука, 1974. 219 с.

21. Марочкина В.В., Буева Е.И., Кулагина Е.С. Сравнительный анализ методик определения хрома, ванадия, меди, никеля, марганца в сталях и чугунах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с атомизацией в пламени // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. N 2-2. С. 57–64. DOI: 10.26896/10286861-2023-89-2-II-57-64. EDN: SUQAWB.