Закономерности сорбции катионов ртути лигниносерным сорбентом

   Неблагоприятная экологическая обстановка в городе Усолье-Сибирском Иркутской области обуславливает актуальность исследования и применения нового лигниносерного сорбента для очистки грунтовых вод от соединений ртути.

   Сорбент синтезирован на основе отходов производства эпихлоргидрина (1,2,3-трихлорпропана), серы и лигнина. В инфракрасном спектре использованного сорбента идентифицируется связь S–S в области 445–465 см^-1. Наблюдается интенсивное поглощение ионов Hg²⁺ в области 2800–2950 см-1 (валентные колебания связей С–Н в группах СН и СН₂) и 1460 см^-1 (деформационные колебания в группе СН₂). Поглощение ионов Hg²⁺ фрагментами лигнина сопровождается изменением полосы колебаний связей S–S, которая расщепляется на две полосы с более высокими частотами, чем полоса νS–S в исходном сорбенте. Оптимальное содержание серы, обеспечивающее максимальную сорбционную активность сорбента, составляет 53,25 %. Изотермы сорбции ртути при 20 и 60 °С описываются параболическими зависимостями с коэффициентами детерминации 98,9 и 98,6 % соответственно. Кинетическая кривая при 20 °С аппроксимируется гиперболой, при 40 °С – кубическим полиномом с коэффициентами детерминации 97,9 и 96,2 % соответственно. Определены порядок (при 20 °С – первый, при 40 °С – второй) и константа скорости реакции (при 20 °С – 0,0876 мин-1, при 40 °С – 0,00014 мин^-1). Отмечено, что скорость сорбции Hg²⁺ при температуре 20 °С существенно выше, а время сорбции меньше, чем при температуре 40 °С, поэтому сорбцию ртути предлагаемым сорбентом следует проводить при 20 °С, что позволит снизить энергозатраты.

1. Домрачева В.А Об экологической ситуации в Иркутской области и возможности ее улучшения // Успехи современного естествознания. 2009. N 7. С. 149–151. EDN: KWXPDL.

2. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения : монография. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с. EDN: UAJSQV.

3. Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжелые металлы в экосистемах : монография. Саратов: Ракурс, 2017. 178 с. EDN: ZUOCLR.

4. Adriano D.C. Trace elements in the terrestrial environment. Springer-Verlag: New York – Berlin – Heidelberg – Tokio, 1986. 533 p.

5. Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. М.: Изд-во ИМГРЭ, 1992. 169 с.

6. Соковикова М.И., Старостина В.Ю. Сравнительный анализ различных мероприятий по ликвидации загрязнения промышленной территории ООО «Усольехимпром» тяжелыми металлами // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2019): материалы XV Междунар. науч.-техн. конф. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. С. 129–134. EDN: ZPVXVG.

7. Руш Е.А. Ртутное загрязнение р. Ангары в зоне действия химического комбината // Водоснабжение и санитарная техника. 2003. N 11. С. 12–24. EDN: PXIEQX.

8. Седых Е.С., Зарипов Р.Х. Ртуть в почвах Усольского промышленного района (Верхнее Приангарье) // Сибирский экологический журнал. 2002. Т. 9. N 1. С. 21–28.

9. Вертинский А.П. К вопросу о ртутной интоксикации техногенного происхождения Байкало-Ангарского бассейна // Экологические технологии. 2010. N 9. C. 66–70. EDN: NAWTSR.

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

11. Иринчинова Н.В., Дударев В.И., Филатова Е.Г., Асламова В.С. Регрессионные модели адсорбции ионов никеля (II) углеродными сорбентами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 3. С. 349–357. DOI: 10.21285/2227-2925-2021-11-3-349-357. EDN: DCWLGI.

12. Di Natale F., Gargiulo V., Alfè M. Adsorption of heavy metals on silica-supported hydrophilic carbonaceous nanoparticles (SHNPs) // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 393. P. 122374. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122374.

13. Chen A.-H., Liu S.-C., Chen C.-Y., Chen C.-Y. Comparative adsorption of Cu(II), Zn(II), and Pb(II) ions in aqueous solution on the crosslinked chitosan with epichlorohydrin // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 154, no. 1–3. P. 184–191. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.10.009.

14. Laus R., Costa T.G., Szpoganicz B., Fávere V.T. Adsorption and desorption of Cu(II), Cd(II) and Pb(II) ions using chitosan crosslinked with epichlorohydrin-triphosphate as the adsorbent // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 183, no. 1–3. P. 233–241. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.07.016.

15. Akpomie K.G., Conradie J. Advances in application of cotton-based adsorbents for heavy metals trapping, surface modifications and future perspectives // Ecotoxicology Environmental Safety. 2020. Vol. 201. P. 110825. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2020.110825.

16. Fouda-Mbanga B.G., Prabakaran E., Pillay K. Carbohydrate biopolymers, lignin based adsorbents for removal of heavy metals (Cd²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺) from wastewater, regeneration and reuse for spent adsorbents including latent fingerprint detection : a review // Biotechnology Reports. 2021. Vol. 30. P. e00609. DOI: 10.1016/j.btre.2021.e00609.

17. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Обуздина М.В., Грабельных В.А. Моделирование процесса адсорбции в системе жидкость – твердое тело : регрессионный анализ извлечения меди из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. С. 351–359. DOI: 10.21285/2227-2925-2019-9-2-351-359. EDN: ICEAVU.

18. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Грабельных В.А., Асламов А.А. Регрессионные модели адсорбции ионов цинка из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 1. С. 29–38. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-1-29-38. EDN: WDQLZE.

19. Нойман Ш. Применение ионообменных смол в гальваническом производстве // Вода: химия и экология. 2014. N 5. С. 116–123. EDN: SFEZNT.

20. Сомин В.А., Фогель А.А., Комарова Л.Ф. Очистка воды от ионов металлов на сорбентах из древесных отходов и минерального сырья // Экология и промышленность России. 2014. N 2. С. 56–60. EDN: RVBZJL.

21. Хмылко Л.И., Орехова С.Е. Сорбенты на основе лигнина и целлюлозосодержащих материалов // Свиридовские чтения : сб. ст. / отв. ред. Т.Н. Воробьева. Минск: Изд-во БГУ, 2012. Вып. 8. C. 232–239. EDN: LMUTIJ.

22. Грабельных В.А., Леванова Е.П., Рединова А.В., Русавская Н.В., Игнатова О.Н., Корчевин Н.А. Новый тип сорбентов на основе полисульфида натрия из отходов производства эпихлоргидрина для извлечения соединений тяжелых металлов // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т. 20. N 2. С. 199–203. EDN: OXPHSR.

23. Рединова А.В., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов серосодержащими полимерными сорбентами // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. N 1. С. 113–116. EDN: PUZFYF.

24. Запорожских Т.А., Третьякова Я.К., Грабельных В.А., Руссавская Н.В., Вшивцев В.Ю., Леванова П.Е. [и др.]. Гранулированные серосодержащие сорбенты для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. N 5. С. 849–851.

25. Дарманская Т.А., Корчевин Н.А., Асламова В.С. Утилизация зольных отходов // Экология и промышленность России. 2010. N 1. С. 39–41. EDN: MTWCHH.

26. Пат. № 2475299, Российская Федерация, МПК B01J 20/02(2006.01), B01J 20/26(2006.01), B01J 20/30. Способ получения серосодержащих сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов / А.В. Рединова, О.Н. Игнатова, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, Н.В. Руссавская, С.В. Терек [и др.]. Заявл. 27. 12. 2010; опубл. 20. 02. 2013. Бюл. № 5.

27. Пат. № 2558896, Российская Федерация, МПК B01J20/30, B01J20/02, B01J20/22. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов / Е.А. Чернышева, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, О.Н. Игнатова, И.Б. Розенцвейг, Н.В. Руссавская [и др.]. Заявл. 06. 06. 2014; опубл. 10. 08. 2015. Бюл. № 22.

28. Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Применение серосодержащего сорбента на основе лигнина для извлечения ртути из водных растворов // Известие вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 3. С. 169–177. DOI: 10.21285/2227-2925-2017-7-3-169-177. EDN: ZQJUMR.

29. Пат. № 2624319, Российская Федерация. Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод / М.В. Обуздина, Е.А. Руш, А.В. Днепровская, Л.В. Шалунц, О.Н. Игнатова, Е.П. Леванова [и др.]. Заявл. 30. 03. 2016; опубл. 03. 07. 2017. Бюл. № 19.

30. Марченко З. Фотометрическое определение элементов / пер. с польск. М.: Мир, 1971. 502 с.

31. Trofimov B.A., Sinegovskaya L.M., Gusarova N.K. Vibrations of the S–S bond in elemental sulfur and organic polysulfides: a structural guide // Journal of Sulfur Chemistry. 2009. Vol. 30, no. 5. P. 518–554. DOI: 10.1080/17415990902998579.

32. Бёккер Ю. Спектроскопия : монография / пер. с нем. М.: Техносфера, 2009. 528 с.

33. Асламова В.С., Шнейгельбергер Е.А., Грабельных В.А. Утилизация насыщенного ионами тяжелых металлов серосодержащего сорбента // VI Научные чтения, посвященные памяти академика А.Е. Фаворского : сб. тез. докл. школы-конференции молодых ученых с междунар. уч. Иркутск: Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, 2020. С. 58. EDN: RPALQU.

34. Aslamova V.S., Chernysheva E.A., Grabelnykh V.A., Levanova E.P., Russavskaya N.V. Regression analysis of zinc and cadmium ion extraction from aqueous solutions using a lignin-based sulphur-containing sorbent // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 174–183. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183. EDN: VQTQHU.