CC BY
29
118
Химические науки
УДК 546.19:504.4.064.47
УТИЛИЗАЦИЯ МЫШЬЯКА ИЗ ПРИРОДНЫХ ВОД ЭЛЕКТРОЛИЗОМ СУЛЬФАТА ЦИНКА
Исаханова А. Т., кандидат химических наук, доцент, преподаватель химии, кафедра экологической химии и технологии, ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный университет», г. Махачкала Республика Дагестан E-mail: [email protected]
Показана возможность удаления мышьяка из модельных и природных вод электрохимическим методом в виде арсената цинка. Исследования проводились в диапазоне рН 6-8. Материалом анода служил ОРТА, материалом катода - титан. Электролиз проводился в стационарном режиме. Определены оптимальные условия электрохимического удаления мышьяка: i = 1,5 мА/см2, время обработки 30-45 минут. В качестве природной воды использовали артезианскую воду, содержащую 0,33 мг/л мышьяка. Установлено, что остаточная концентрация мышьяка в природной воде после обработки значительно ниже предельно допустимой концентрации. Ключевые слова: электролиз, мышьяк, природная вода, арсенат цинка.
THE BASES OF CRIMINALIZATION OF THE CRIMES COMMITTED BY WOMEN
Isakhanova A. T., сandidate of ^emistry, associate professor, teacher of chemistry, department of ecological chemistry and technology, FSBEIHPE "The Dagestan state university", city of Makhachkala Republic of Dagestan
The electrochemical removal of arsenic from model and natural waters in the zinc arsenate form was investigated. The arsenic removal is carried out in the range pH 6-8. As anode the current density stabilisation anode (DSA) and titanium cathode was used. Electrolysis is carried out at the galvanostatic condition. The optimal conditions for the electrochemical removal of arsenic: i = 1,5 mA/cm2, the processing time of30-45 minutes. As natural water for arsenic removal used artesian water containing 0.33 mg/l of arsenic. It was found that the residual concentration of arsenic in natural water after treatment is significantly below the maximum allowable concentration. The arsenic removal from natural water by electrolysis zinc sulfate.
Key words: electrolysis, arsenic, natural water, removal, zinc arsenate.
Загрязнение наземных водоемов и невозможность использования из них воды для питья и других производственных целей является одной из актуальных проблем в республике.
Во многих водах источников питьевого водоснабжения в Северных районах Дагестана превышен порог содержания загрязняющих веществ, в том числе и мышьяка, в несколько раз [1, 2, 8]. Особенно актуальным для этих районов является проблема мышьяковистого загрязнения, так как артезианские воды здесь являются основным и зачастую единственным источником питьевого водоснабжения [9]. Однако использование таких вод представляется опасным в связи с тем, что все соединения мышьяка ядовиты: поражают желудочно-кишечный тракт, сосудистую и нервную систему [6].
В настоящее время существует много методов устранения мышьяка из воды [3-5]. В работе применен электрохимический метод, который позволил одновременно получать ряд ценных компонентов. Причем для этих целей использован в качестве электролита раствор сульфата цинка. Эксперимент выполнялся в двухкамерном электролизере с катионитовой мембраной (МК-40), с использованием в качестве анода - ОРТА, катода - титан. Объем растворов равнялся 0,20 л.
Величину степени извлечения оценивали по уменьшению содержания ионов мышьяка в объеме раствора до и после электрокоагуляции методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе марки Contra 700 (Analytik Jena, Германия) и фотометрическим методом на спектрофотометре SPECORD 210 (Analytik Jena, Германия).
УТИЛИЗАЦИЯ МЫШЬЯКА ИЗ ПРИРОДНЫХ ВОД ЭЛЕКТРОЛИЗОМ СУЛЬФАТА ЦИНКА
119
В катодную камеру помещали раствор, имитирующий природную мышьякосодержащую воду. Процесс электролиза сопровождается переносом через катионообменную мембрану в катодную камеру ионов цинка, которые принимают участие в образовании арсената цинка, выпадающего в осадок. Через определенные промежутки времени отбирали пробы на анализ. Уменьшение оптической плотности анализируемых растворов после обработки свидетельствует о связывании мышьяка катионами цинка в осадок. На рисунке 1 представлена схема процесса происходящего процесса.
Рис. 1. Схема процесса электродиализа в двухкамерном электролизере
В катодной камере контролировалось содержание ионов мышьяка и цинка, в анодной камере контролировалось содержание сульфат-ионов и катионов цинка. В анодной камере происходит накопление сульфат-ионов, т.е. серной кислоты и убыль катионов цинка за счет перехода их в катодную камеру.
Модельные растворы обрабатывались при разных плотностях тока. Эксперимент проводился в интервале рН 6-8, так как большинство загрязненных мышьяком вод имеют такую кис-
лотность. Электродиализ проводился в статическом режиме.
При наложении электрического поля на ячейку протекают следующие реакции:
7ПБ04 ~ 7п2+ + Б042-на катоде: 2Н20 +4е = Н2| + 20Н-на аноде: 2Н20 - 4е = 02| + 4Н+ в растворе: 7п2+ + 20Н- = 7п(0Н)2| в растворе: 2Н+ + Б042- = Н2Б04 37п2+ + + 2ДБ043- = 7П3 (ЛБ04)2|
В анодной камере образуется серная кислота, а в катодной камере образуется нерастворимый арсенат цинка и в надосадочной жидкости уменьшается концентрация ионов мышьяка.
Как видно из приведенной выше схемы, таким способом можно получать также на катоде водород, а в анодной камере - серную кислоту, которые являются ценными промышленными продуктами.
Изучение влияния кислотности растворов на степень извлечения мышьяка показало, что максимально мышьяк извлекается из исследуемых растворов при рН 6-8 при времени обработки 30-45 мин.
Таблица 1
Влияние плотности тока на степень извлечения мышьяка из модельных растворов. т = 30 мин, САэ = 0,1 г/л, V = 200 мл
Плотность тока, мА/см2 0,6 1,5 3,0
Степень извлечения мышьяка, % 55,65 98,39 98,28
Максимальная степень извлечения мышьяка происходит при силе тока равной 1,5 мА/см2 и 30-минутной обработке.
Результаты эксперимента показали, что с увеличением времени обработки мышьяксо-держащего раствора, максимальная степень извлечения мышьяка происходит при плотности тока равной 1,5 мА/см2 и 30-минутной обработке и составляют 98,3 %.
Оптимальные условия извлечения мышьяка электродиализом применены к реальному объекту. Предварительно был определен состав природной воды, взятой из артезианской скважины,
3 • 2016 • НАУЧНЫЕ ИЗВЕСТИЯ
120
А Т. ИСАХАНОВА
расположенной на территории Бабаюртовского района, для анализа была взята вода, содержащая 0,33 мг/л мышьяка объемом 200 мл, которая обрабатывалась в течение 45 мин.
Таблица 2
Результаты анализа природной воды после электродиализной обработки. i = 1,5 мА/см2, V=200 мл, т = 45 мин.
Найдено мышьяка
№ п/п Объект анализа фотометрическим методом, мг/л атомно-абсорбционным методом, мг/л
1 Вода до обработки 0,33 0.33
2 Вода после обработки 0,022 0,015
Из полученных данных видно, что остаточная концентрация мышьяка после электрообработки устанавливается ниже ПДК [7].
В ходе электропереноса 7п2+ - иона через
катионитовую мембрану, концентрация его в анодной камере непрерывно уменьшается, а в катодной камере увеличивается, где идет образование нерастворимого арсената цинка. Возможно там же образование и гидроксида цинка. Так как растворимость арсената цинка намного порядков меньше (ПР = 1,3 • 10-28, чем растворимость гидроксида цинка (ПР =1,2 • 10-17), то в первую очередь идет образование арсената цинка. В анодной камере идет образование серной кислоты и ее концентрирование до определенных пределов.
Полученный продукт - 7п3(Аб04)2 можно практически использовать как гербицид и инсектицид.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что мышьяк в природной воде после электрообработки практически полностью связывается катионами цинка и переходит из раствора в осадок в виде арсената цинка. Помимо очистки от мышьяка, в ходе эксперимента образуются на катоде и анодной камере вторичные продукты: водород, серная кислота соответственно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алхасов А. Б. Геотермальная энергетика: проблемы, ресурсы, технологии. М., 2008. - 57с.
2. Исаханова А. Т. Проблема качества питьевой воды в Дагестане / Материалы Международной научно-практической конференции «Проблемы рационального использования природных ресурсов и охрана окружающей среды. Экологические и правовые аспекты». М., 2010. С. 264-266.
3. Мальцев Г. И., Романова В. В. Кинетика экстракции арсенит - ионов алкиламинами // Известие вузов. Химия и хим. технология. 2013. Т. 56. № 1. С. 47-52.
4. Мальцев Г. И., Романова В. В., Кручинина Н. Е. Удаление мышьяка из растворов экстракцией аминами // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 36-39.
5. Мельников И. О., Подобедов Р. Е., Зайцева Н. В. Микроструктура и сорбционные свойства мышьякселек-тивных сорбентов для очистки питьевой воды // Вода: химия и экология. 2012. № 9. С. 70-75.
6. Наход А. А., Поздняков А. М., Щербак Н. П. Соединения мышьяка и его действие на организм // Успехи современного естествознания. 2013. Вып. 9. С. 119, 120.
7. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. - 24 с.
8. Рихави А. Качество воды в экологически неблагополучных районах Дагестана / Сб. статей 4-х ежегодных студенческих научных чтений. Махачкала: Алеф, 2013. - С. 90-94.
9. Янксин Ванг, Тенг Ма, Рыженко,Лиманцева О. А., Черкесова Е. В. Модель формирования загрязнения подземных вод мышьяком. Провинция Датун (Китай).
