CC BY
51
УДК 541.183
Л. Г. Кривоносова (асп.), С. П. Ломакин (доц., к.т.н.), В. М. Янборисов (проф., д.х.н.), Р. Р. Хабибуллин (проф., д.т.н.)
Исследование сорбции ионов меди (II) гетерогенным сорбентом на основе коллагенсодержащих отходов
Уфимская государственная академия экономики и сервиса Россия, Уфа 450062, ул. Чернышевского 145; тел. (347) 2524922, e-mail: luda-lucya@rambler.ru
L. G. Krivonosova, S. P. Lomakin, V. M. Yanborisov, R. R. Habibullin
Research of sorption of copper ions (II) by heterogeneous sorbent
based of collagen waste
Ufa State Academy of Economy and Service 145, Chernyshevskogo Street, 450062 Ufa, Russia; ph. (347) 2524922, e-mail: luda-lucya@rambler.ru
Определены оптимальные условия синтеза гетерогенного сорбента на основе коллагенсодержащих отходов. Процесс проводили при разных температурах и соотношениях компонентов. Приведены экспериментальные кривые сорбции ионов меди (II) полученным сорбентом. Величина сорбционной емкости гетерогенного сорбента составляет 65%.
Ключевые слова: гетерогенный сорбент; ионы меди (II); сорбция.
В последние годы уделяется большое внимание использованию природных материалов, представляющих собой отходы агропромышленного комплекса, в качестве сорбентов для удаления тяжелых металлов из водных сред различной природы.
Широкое применение в сельском хозяйстве (корма, удобрения), в медицине (глазные лекарственные пленки, коллагеновые губки для лечения ожогов), в строительстве (клей) находят белковые гидролизаты 1 — продукты реакции растворения белоксодержащих материалов, в результате которой образуются химические соединения с новыми свойствами.
Продукты растворения коллагена 2 (кожевенные отходы хромового дубления) обладают комплексом ценных свойств и являются перспективными при использовании в качестве сырья для получения сорбционного материала, позволяющего извлекать ионы меди (II) из сточных вод отделочного производства, гальванических сточных вод. В этом случае одновременно решаются вопросы переработки и утилизации промышленных отходов, тем самым снижается экологическая опасность.
Дата поступления 26.10.09
The optimum conditions of synthesis heterogeneous sorbent on a basis collagen of waste are determined. Process carried out at different temperatures and ratio of components. The experimental curves sorption of ions Cu (II) received sorbent are given. The size sorption of capacity heterogeneous sorbent makes 65%.
Key words: heterogeneous sorbent; ion of copper (II); sorption.
Целью работы являлось химическое модифицирование коллагенсодержащих отходов, а также исследование сорбционных свойств гетерогенного сорбента по отношению к ионам Cu2+ из водных растворов.
Одним из простых и эффективных подходов к синтезу О,Ы,8-содержащих циклов является открытая более 100 лет назад реакция ти-ометилирования аминов с помощью доступных реагентов — сероводорода и формальдегида 3. Между тем, вовлечение в данную реакцию других азотсодержащих соединений, может привести к получению гетеросоединений уникальной структуры.
Экспериментальная часть
Для получения гетерогенного сорбента нами были использованы продукты растворения коллагена (ПРК) 2, формалин, сероводород, соляная кислота.
Процесс проводили в интервале температур 5—70 оС и разных соотношениях компонентов для подбора оптимальных условий, необходимых для получения эффективного гетерогенного сорбента.
В реактор, снабженный газоподводящей трубкой, обратным холодильником и капельной воронкой, термостатируемый при заданной температуре, вносили формалин и при перемешивании и барботировании сероводородом добавляли ПРК. Образовавшийся в результате реакции раствор нейтрализовали 1N раствором HCl, осадок отфильтровывали и высушивали до постоянной массы. Полученный в результате реакции продукт представляет собой тонкодисперсный порошок.
При различных соотношениях реагентов получили следующие образцы продукта: образец №1 — при массовом соотношении форма-лин:ПРК:сероводород, равном 1:2:2, образец №2 — при соотношении 3:1:2, образец №3 — при соотношении 1:5:3.
Кинетику сорбции исследовали методом ограниченного объема раствора. Для получения кинетических кривых в серию пробирок помещали навески сорбента массой 0.1 г, заливали их 20 мл раствора меди с начальной концентрацией Cu (II) в растворе 0.7975 г/л при термостатировании в течение 10—40 мин и перемешивании. Через определенные промежутки времени проводили отбор проб и в фильтрате определяли остаточную концентрацию ионов Cu2+ методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе «Сатурн-2». Использовали пламенный анализатор, состав горючей смеси ацетилен- воздух (2200—2300 0С). В качестве источников излучения использовали лампы с полным катодом. Интервал длин волн, при которых проводились измерения 200-850 нм.
Результаты и обсуждение
Известно, что селективные свойства сорбента обусловлены природой функциональных групп, его структурными особенностями, сходными с особенностями химической природы белка. Активные центры в молекуле белка (-СО-NH-) способны к комплексообразованию с ионами металлов. Ионы Cu2+ относятся к группе катионов, образующих координационные связи с атомами азота, сохраняя при этом способность к взаимодействию с кислородом 4.
Для определения функциональных групп, имеющихся в полученном гетерогенном сорбенте, был снят ИК-спектр, который представлен на рис. 1. ИК-спектр снимали на ИК-Фу-рье спектрометре ФСМ-1201 в диапазоне длин волн 400-7800 см1, разрешение 1 см1. Для регистрации ИК-спектров прессовали таблетку из KBr, содержащую тонкодиспресный порошок (¿табл=до 12 мм, толщина= 0.5-1 мм).
Интенсивные полосы поглощения в области 1300—1030 см-1 дают нам возможность предполагать присутствие в нем таких групп, как карбоксильная, гидроксильная, амидная. В области 1300—1030 см-1 имеются полосы поглощения, которые можно отнести к деформаци-он- ным колебаниям связи О-Н, деформационным, валентным колебаниям связи С-О в кислотах, а также валентным колебаниям связи С-N в аминах и амидах, что характерно для соединений белкового состава 5.
Таким образом, полученный нами продукт по наличию функциональных групп схож с природными белковыми сорбентами (горчичный и льняной шроты, рисовые и кукурузные отруби).
Важнейшими характеристиками сорбентов является величина сорбционной емкости. С целью определения времени установления сорбционного равновесия в системе сорбент — раствор Си804 был проведен ряд опытов.
Величину сорбционной емкости сорбента 4 рассчитывали по формуле:
С - С m
■V,
г/г
где Со — начальная концентрация ионов меди в растворе, г/л;
Ср — концентрация ионов меди в растворе по истечению определенного промежутка времени, г/л; т — масса сорбента, г; V — объем раствора, л.
Как видно из табл. 1, равновесие в распределении ионов меди (II) между раствором и сорбентом устанавливается через 8 ч после начала сорбции, степень извлечения меди составляет 65%.
Таблица 1 Сорбционная емкость образца № 2
Время сорбции, ч Концентрация ионов Си2+ в данный момент времени, г/л Сорбционная емкость в каждый момент времени, г/г Равновесная сорбционная емкость, г/г
0.5 1.5272 0.0973
1 1.1424 0.1358
2 1.0752 0.1425
4 1.0080 0.1492 0.1600
6 0.9408 0.1559
8 0.9072 0.1600
10 0.9072 0.1600
По данным (рис. 2), полученным в результате опытов, можно сделать заключение, что выход сорбента возрастает с увеличением температуры реакционной среды.
-ж-
н= н= н= н= н= н= н= н= н= н=
"-Т
:3,Т=
3. т=
:3,Т=
=3, т= 3. т=
:20 С 40 С
:60 с
:80 С
= 100 с
=20 С =40 С =60 С =80 С = 100 С
Время сорбции.мин
Рис.4. Кинетика сорбции ионов меди образцом №2 из водного раствора СuSO4
Из графика, приведенного на рис. 3, видно, что наибольшей сорбционной емкостью обладает образец №2, полученный при 20 оС. Наиболее приемлемым условием проведения реакции можно считать процесс при 20 оС, с выходом готового продукта 10—40 %.
Исследование процесса сорбции ионов меди осуществлялось в статических условиях из растворов СиБ04 (рН=3—7) в интервале температур 20—100 оС, при перемешивании.
На рис. 4 приведены экспериментальные кривые сорбции ионов Си2+ из нейтрального и кислого растворов сульфата меди (температура среды 20—100 оС) сорбентом, полученным при 20 оС и соотношении компонентов 3:1:2. Кажущееся равновесие в распределении ионов металла между раствором и сорбентом устанавливается уже через 10 мин от начала сорбции.
Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод о целесообразности использования полученного продукта в качестве сор-
бента для извлечения ионов меди (II) из сточных гальванических вод. Одновременно решается проблема и утилизации бытовых кожевенных отходов, что снижает их экологическую опасность.
Литература
1. Михайлов А. Н. Коллаген кожного покрова и основы его переработки.— М.: Легкая индустрия, 1971.- 528 с.
2. Тихонова Ю.В., Кривоносова Л. Г., Ломакин С. П., Филатова Э. С., Хабибуллин Р. Р. // Баш. хим. ж.- 2009.- Т. 16, №1.- С. 13.
3. Уокер Дж. Ф. Формальдегид.- М.: Госхимиз-дат, 1957.- 608 с.
4. Багровская Н. А., Никифорова Т. Е., Козлов В. А., Лилин С. А. // Известия вузов. Химия и химическая технология.- 2002.- Т. 45, вып.4.-С. 131.
5. Никифорова Т. Е., Козлов В. А., Родионова М. В. // Химия растительного сырья.- 2008.-№4.- С. 41.
