Распределение кадмия в модельных системах, содержащих каолинит и гуминовые кислоты

• Автор: Каюгин, Аркадий Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Глава I. Литературный обзор

1.1. Каолинит и гуминовые вещества как природные сорбенты

1.2. Адсорбционные модели.

1.3. Методы решения задач химической термодинамики с использованием

системы компьютерной алгебры Мабгетабса 5.0.

Глава . Материалы и методы

2.1. Выделение гуминовых кислот.

2.2. Определение физикохимических характеристик ГК.

2.3. Определение физикохимических характеристик каолинита

2.4. Атомносиловая микроскопия каолина и каолиногуминовых композиций
2.5. Выбор оптимальных условий разделения связанных и свободных форм металла.
2.6. Методика фотометрического анализа гуминовых кислот.
2.7. Исследование зависимости растворимости ГК от
2.8. Исследование сорбции ГК каолинитом.
2.9. Исследование связывания кадмия с ГК
2 Исследование адсорбции кадмия каолинитом
2 Исследование процессов в системе, содержащей каолин, гуминовые
кислоты и ионы кадмия.
Глава III. Характеристика используемых гуминовых кислот и каолинита
3.1. Гуминовые кислоты
3.2. Каолинит.
Глава IV. Закономерности протекания процессов в системах, содержащих
гуминовые кислоты, каолин и ионы кадмия
4.1. Распределительная диаграмма кадмия в растворе
4.2. Распределение кадмия в системе каолинитраствор
4.3. Распределение кадмия в системе гу ми новая кислотараствор.
4.4. Распределение гуминовой кислоты в системе каолинитраствор
4.5. Распределение кадмия в системе гуминовая кислотакаолинитраствор
4.6. Сравнительная характеристика связывания кадмия в двойных и тройной
системах.
Глава V. Наноразмерные особенности сорбции гуминовых кислот
каолинитом.
Глава VI. Физикохимическая модель сорбционных процессов в системе ГК каолинит ионы кадмия
6.1. Общий вид трхмерной феноменологической изотермы.
6.2. Применение трхмерной изотермы к описанию сорбции в сложных системах
6.3. Формулировка обратной задачи.
6.4. Решение обратной задачи.
6.5. Формулировка и решение прямой задачи
Основные результаты и выводы
Список литературы


Гуминовые вещества ГВ это сложные смеси устойчивых к биодеструкции высокомолекулярных темноокрашенных органическихсоединений природного происхождения, образующихся при разложении растительных и животных остатков под действием микроорганизмов и абиотических факторов среды. В основе данного процесса лежит отбор наиболее устойчивых структур и соединение их в макромолекулы случайным образом 6. Гуминовые кислоты ГК являются фракцией ГВ, которая растворима в щелочах и нерастворима в кислотах при рН2 , 5. Благодаря уникальной природе и широкому распространению ГК в поверхностных и подземных водах, они играют важную роль в круговороте углерода и в регулировании поведения питательных веществ и веществ, загрязняющих окружающую среду 8. ГК хорошо связывают катионы следовых металлов и органические экотоксиканты в почвах и водных средах, в результате чего изменяется форма существования загрязнителей и их миграционная способность . Впервые ГК были выделены Ахардом в году из почвы и торфа раствором щелочи . ГВ 5. ГВ химически и микробиологически устойчивы. Экстрагированные или приготовленные из разнообразных источников угля, торфа, природных вод, эти вещества показали удивительно близкие свойства. Обычно при извлечении ГК из торфов и бурых углей в щелочи растворяется органического вещества больше, чем осаждается при нейтрализации. Ыс осаждающиеся из раствора органические вещества называются фульвокислотамн. Из осаждающихся ГК спиртом извлекаются гиматомелановые кислоты, остаток после экстракции спиртом представляет собой гумусовые кислоты. ГВ, даже после исчерпывающего метилирования, нерастворимы во всех неполярных растворителях. Небольшая растворимость наблюдается в основных растворителях донорного типа, таких, как пиридин гораздо лучше в щелочном водном растворе . Органическая часть ГВ образована сравнимыми количествами атомов углерода, водорода и кислорода. Обязательным минорным элементом является азот, во всех препаратах определяется сера. Однако помимо органической части, в состав ГК входит и неорганическая часть, которая состоит из зольных элементов преимущественно соединения металлов, оксиды кремния и алюминия и гигроскопической влаги. ГК из почвенных и водных источников химически и структурно очень похожи и содержат сконденсированные, полимеризованные и неоднородные молекулы, хотя ГК донных отложений ДО имеют большую плотность, чем ГК, извлеченные из почв . Таблица 1. ГК торфа п ,12. Поскольку молекулярная структура очень сложна, изучение ГК направлено на установление элементного состава и функциональных групп, которые в них присутствуют. Средний элементный состав ГВ различного происхождения представлен в таблице 1. Основываясь на относительном содержании кислорода, азота и серы, можно предположить, что кислородсодержащие группы преобладают над азог и серусодержащими группами. Содержание углерода возрастает со степенью декомпозиции ГК, но также зависит от источника ГК. Содержание углерода выше в почвах, чем в донных отложениях, а также высоко для окислительных сред и мало для восстановительных. Концентрация водорода и азота обычно больше в ГК ДО, чем в ГК почв, и концентрация водорода самая высокая в восстановительной среде. В общих чертах все же различия в основном составе ГК почв и ДО не являются принципиальными 6. Из кислородсодержащих групп, карбоксильная группа СООН самая реакциоиноспособная, принимает участие в катионном и лигандном обмене или реакциях специфической адсорбции. Интенсивная диссоциация групп СООН происходит при от 3. Фенольная гидроксильная группа ОН является следующей по реакционоспособности группой и диссоциирует на попы при 8. Вместе СООН и фенольные НОгруппы характеризуют общую кислотность ГК 9. Спиртовые НОгруппы слабокислые, и они взаимодействуют с металлами хуже, чем СООН или фенольные НОгруппы 2. По этой причине содержание спиртовых НОгрупп определяется не часто, тем не менее, Лавти и Паливаи показывают, что содержание спиртовых ИОгрупп зависит от источника ГК . Карбонильная группа С0 часто является преобладающей в донных отложениях, но ее роль не очень хорошо изучена.