CC BY
75
УДК 628.345.1
А. И. Багаува, С. В. Степанова, И. Г. Шайхиев
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСТРАКТОВ ИЗ ОТХОДОВ ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ (ОПИЛКИ КОРЫ ДУБА) ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИОНОВ ХРОМА (VI)
ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
Ключевые слова: опилки коры дуба, экстракт, ионы хрома (VI), очистка.
Исследована очистка модельных вод от ионов Cr6+ (1000 мг/л) при различных дозировках экстрактов из опилок коры дуба, полученных при различных значениях рН. Найдено, что наибольшая степень удаления ионов хрома наблюдается при использовании щелочного экстракта.
Key words: sawdust of the bark oak, extract, ions of chrome (VI), purification
Studied purification of model water from ions Cr 6+ (1000 mg /1) at different doses of extracts of sawdust oak bark, obtained at different pH values. The highest degree of removal of chromium ions is observed when using the alkaline extract.
В последние годы существенно обострились проблемы, связанные с загрязнениями воды. Сброс неочищенных или плохо очищенных сточных вод (СВ) в различные водоемы только из-за нехватки кислорода может привести к угнетению гидробионтов.
Современный уровень технологии очистки СВ позволяет получить воду практически любой степени чистоты. Поэтому можно считать, что загрязнение водоемов происходит по причине не технического, а экономического характера. Из СВ легче всего удаляются органические вещества, труднее всего - соединения тяжелых металлов, которые абсолютно чужды экосистемам, вред от них более существенен, а последствия их воздействия на биоту довольно часто непредсказуемы.
Ионы тяжелых металлов (ИТМ) относятся к одной из наиболее опасных групп веществ, загрязняющих биосферу. Наибольший вклад (80 %) в загрязнение окружающей среды ИТМ вносят гальванические производства. Так, ежегодно в окружающую природную среду выбрасывается до 1 км3 токсичных гальваностоков, содержащих 50 тысяч тонн тяжелых металлов; 25-30 % этих стоков попадает в водные бассейны.
При недостаточной очистке стоков от ИТМ, попадая в водоемы, отрицательно влияют на обитающие в них одноклеточные организмы, растения и животные. В трофической цепи питания ионы металлов, попадая в организм человека, вызывают различные заболевания, примерами которых служат болезни Минамото, Итай-итай и другие. Поэтому очистка СВ от ИТМ становится первоочередной задачей охраны гидросферы.
В этой связи кардинальное решение проблемы охраны окружающей среды состоит в разработке и внедрении экологически безопасных, безотходных технологических процессов и производств.
Некоторые виды деревьев являются промышленно значимыми породами и интенсивно используются в народном хозяйстве. При переработке дерева в производство поступает всего 34 % древесины. Отходы древесины состоят из: 10 % коры, 3 % щепы и стружек, 8 % опилок и 45 % образцов, горбыля и др. [1]. Следует отметить, что все отходы переработки товарной древесины можно разделить на две большие группы. К отходам первой группы относятся продукты механической обработки древесины (опилки, ветки, сучья, щепа, кора и т.д.), к отходам второй группы - продукты химической обработки древесины (лигнин). Уже несколько десятилетий интенсивно разрабатываются методы их использования для очистки СВ различных производств, изучаются факторы, влияющие на степень очистки и способы модернизации для повышения их эффективности.
Огромное количество коры, образующейся при окорке деловой древесины, ежегодно скапливается в Российской Федерации в количестве до 10 млн. т, практически не используется, собирается в отвалы, где загнивает, или сжигается. В то же время кора -реальный сырьевой ресурс - богатейший источник многих уникальных природных соединений. Использование различных растворителей позволяет извлекать из коры, в частности, смолистые вещества, в состав которых входят и терпеноиды, фенольные соединения, танниды, пектины.
В тоже время, например экстракт из коры дуба - перспективный материал для удаления из СВ вредных поллютантов.
Учитывая вышеизложенное, в продолжение работ [2-4] по изучению возможности использования отходов деревопереработки в качестве реагентов для удаления ИТМ из водных
Г* **6+
сред, исследована очистка модельных стоков от ионов Ог с использованием экстрактов из опилок коры дуба.
Исследования проводились с модельным раствором с исходной концентрацией ионов хрома (VI), равной 1 г/л. Для приготовления последнего 1,92 г ОгОз растворялось в 1 л дистиллированной воды.
Для приготовления экстракта использовались измельченные опилки коры дуба. Соотношение объема дистиллированной воды, нагретой предварительно до 90 °С, к весу опилок составило 10:1 соответственно. Экстракция проводилась в течение 30 минут для наиболее полного извлечения органической составляющей в водную среду. С целью определения наиболее эффективного удаления ионов хрома в зависимости от рН среды экстрагента и экстракции органической компоненты в дистиллированную воду добавлялась серная кислота или щелочь (ЫаОИ) до значений рН 2,0 и 9,0 соответственно. Физикохимические показатели экстрактов из опилок коры дуба, полученные в нейтральной, кислой и щелочной средах, получившие условные обозначения ЭКД, ЭКДк и ЭКДщ соответственно, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Физико-химические показатели модельного хромсодержащего раствора и экстрактов
Показатель Модельный раствор ЭКД ЭКДк ЭКДщ
рН 2,67 4,71 2,04 8,54
Плотность, г/мл 0,9920 1,0003 0,9922 1,0026
ХПК, мг О2/л 80 10150 9600 11160
Светопропускание (Т), % 75 32 35 18
Цвет оранжевый коричневый темно- коричневый черный
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, наибольшая степень извлечения органических компонентов в водную среду наблюдается при использовании щелочного экстрагента, о чем можно судить по значениям ХПК экстрактов.
Ход проведения эксперимента заключался в следующем: в мерные цилиндры объемом 100 мл приливалось 50 мл модельного стока, затем к последнему при перемешивании добавлялись экстракты в соотношениях 10 : 1-10 соответственно. При добавление экстрактов в течении некоторого времени наблюдалось образование хлопьев во всем объеме смесевой жидкости. По истечении 6 часов после начала экспериментов образовавшийся осадок отфильтровывался, сушился и взвешивался, а смесевой фильтрат анализировался на изменение физико-химических показателей.
Графики изменения значений ХПК смесевых фильтратов в зависимости от вида экстракта и их дозировок приведены на рисунках 1-3.
Объем добавленного ЭКД к 50 мл модельного раствора, мл —■— ХПКэкспер. —О— ХПКхол.опыт
Рис. 1 - Зависимости изменений значений ХПК экспер. и ХПКхол. опыт от объема добавленного нейтрального ЭКД
Объем добавленного ЭКД к 50 мл модельного раствора, мл
ХПКэкспер. —О— ХПКхол. опыт
Рис. 2 - Зависимости изменений значений ХПКэкспер. и ХПКхол. опыт от объема добавленного кислого ЭКД
Объем добавленного ЭКД к 50 мл модельного раствора, мл
—О— ХПКэкспер —О— ХПКхол.опыт
Рис. 3 - Зависимости изменений значений ХПКэкспер. и ХПКхол. опыт от объема добавленного щелочного ЭКД
Верхние линии показывают изменение зависимости значений ХПК, получившихся в результате смешения дистиллированной воды с экстрактами в результате простого разбавления в указанных ранее пропорциях. Нижние графики демонстрируют зависимость изменения значений ХПК смесевых фильтратов после отделения образовавшегося осадка. Разница между значениями ХПК холостого опыта и смесевого фильтрата показывает, какое количество органических соединений, входящих в состав экстракта, участвует в комплексообразовании с ионами хрома с образованием нерастворимых соединений, выпадающих в осадок.
Изучив зависимости изменения ХПК смесевых фильтратов от объема добавленных экстрактов, очевидно, что наибольшее количество органической компоненты вступило в реакцию с ионами хрома в случае использования щелочного экстракта. Данное обстоятельство способствует более полному удалению ионов хрома из смесевого раствора, что подтверждается графиками изменения остаточных количеств хрома в зависимости от дозировок добавляемых экстрактов, представленных на рисунке 4.
Как следует из приведенных на рисунке 4 зависимостей, с увеличением дозировок экстрактов концентрация ионов хрома понижается, что вполне закономерно. Наименьшая степень удаления от ионов хрома достигается при приливании кислотного экстракта из опилок коры дуба, наибольшая, как отмечалось ранее - щелочного экстракта. По всей видимости, дополнительная очистка от ионов хрома достигается за счет образования в щелочной среде дополнительно с реакциями комплексообразования малорастворимого гидроксида хрома, что способствует улучшению очистки. Следует отметить, что соли хрома проявляют кислотные свойства наиболее полно в щелочной среде.
Значения массы образовавшихся осадков в зависимости от дозировок приливаемого экстракта приведены в таблице 2.
1000 900
E
^ 800
5! 700
о
>< 600 я
§ 500
s
g 400
Я
H 300
13
£ 200 W
« 100
0
0 10 20 30 40 50
Объем добавленного ЭКД к 50 мл модельного раствора, мл ♦ нейтр. ЭКД —□— кисл. ЭКД - -Л - щелоч. ЭКД
Рис. 4 - Зависимость остаточной концентрации ионов хрома (VI) смесевых стоках, от объема добавленного экстракта
Таблица 2 - Массы образовавшихся осадков в зависимости от дозировок приливаемого экстракта
Масса осадка, г/л Соотношение модельный раствор : ЭКД
50:5 50:10 50:20 50:30 50:40 50:50
ЭКД 1,118 1,52 2,9 2,92 3,35 3,7
ЭКДк 0,16 2,46 2,70 3,47 3,74 3,98
ЭКДщ 0,28 1,89 2,65 3,01 3,23 3,25
Как следует из приведенных в таблице 2 данных, с увеличением дозировок приливаемых экстрактов массы выделенных осадков увеличиваются, что вполне закономерно. Вопреки ожидаемому, наибольшие по массе осадки образовались в случае добавления к модельному раствору экстракта, полученного в кислой среде.
Таким образом, по результатам проделанной работы можно сделать вывод, что экстракты из опилок коры дуба способствуют удалению ионов хрома из водных сред и наиболее эффективна очистка с использованием щелочного экстракта.
Литература
1. Akarakiri, J.B. An industrial evaluation of wood residue as raw material / J.B/ Akarakiri //Mater. and Soc. - 1986. - vol. 10. - № 1. - P. 67-73.
2. Багаува, А.И. Возможность использования экстракта коры дуба для очистки вод от ионов тяжелых металлов / А.И. Багаува, И.Г. Шайхиев // Экология и промышленная безопасность. - 2010. - № 3. -С.13-14.
3. Багаува, А.И. Исследование возможности использования отходов деревоперерабатывающей промышленности для очистки модельных вод от ионов тяжелых металлов. 1. Исследование
возможности применения коры дуба в качестве реагента для удаления ионов железа (III) из модельных вод/ А.И. Багаува, И.Г. Шайхиев, С.В. Степанова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. -№ 10. - С. 64-71.
4. Багаува, А. И. Исследование возможности использования отходов деревоперерабатывающей промышленности для очистки модельных вод от ионов тяжелых металлов. 2. Исследование экстрактов из отходов деревопереработки (коры дуба) для удаление ионов Cu (II) / А.И. Багаува, И.Г. Шайхиев, С.В. Степанова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 11. - С. 49-54.
© А. И. Багаува - асп. каф. инженерной экологии КНИТУ; С. В. Степанова - канд. техн. наук, доцент той же кафедры; И. Г. Шайхиев - канд. техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, [email protected]
