ПОВТОРНЕ ВИКОРИСТАННЯ ГУМАТІВ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ ПРИ ОЧИСТЦІ СЛАБОКИСЛИХ ВОД, ЯКІ МІСТЯТЬ Cu2+, Pb2+
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2022.2.04Ключові слова:
гумати лужних металів, гумінові кислоти, сорбція металів, регенерація гуматів, виділення свинцю, очистка води, механізм сорбціїАнотація
Зруйновані військові та промислові об'єкти мають тяжкі наслідки не тільки для економіки країни, але також для довкілля та природних ресурсів. На даний час гумінові кислоти є досить добре відомим та в достатній мірі дослідженим природним сорбентом. Завдяки широкому спектру функціональних груп вони виконують акумулятивну, транспортну, регуляторну, протекторну та фізіологічну функцію. Взаємодія іонів металів з гуматами не має єдиного описаного чіткого механізму. Цьому сприяють складність та різноманітність структури гумінових кислот, а також різні умови протікання реакцій в лабораторних та природних умовах. Тому шляхи підвищення ефективності сорбції, вдосконалення та пошук нових властивостей цих речовин все ж таки залишаються актуальними.
У даній роботі показані можливості зворотнього зв'язування іонів міді та свинцю у слабокислих водних розчинах при значеннях рН 4,4-6,3. Гумінові кислоти були виділені з торфу та бурого вугілля, а також використовувалися гумати калію виробництва Китай. У наведеному досліджені використовувалися модельні розчини сульфату міді (II) й ацетату свинцю (II) з розрахунковою концентрацією в перерахунку на мідь та свинець близько 400 та 1000 мг/дм3 відповідно. Регенерація комплексів гуматів металу проводилася шляхом зниження pH середовища до 2,1–2,2. Ступінь сорбції по свинцю становив 97–99 % для розчинів Pb2+ з концентрацією 216 мг/дм3. Дослідження показали ефективність повторного застосування регенерованих гуматів зі ступенем виділення металів 85–91 % щодо сорбованої кількості.
Вміст металів в експерименті визначався методом атомної спектроскопії з індуктивно-зв'язаною плазмою.
Також встановлено, що відношення середніх значень питомої сорбції свинцю та міді склало від 2,8 до 3,1 для різних типів гумінових кислот (гуматів). Близькість вказаних значень до відношення атомних мас свинця й міді (3,3), на думку автора, пов’язане із взаємодією іонів міді та свинцю з гуматами в стехіометричному співвідношенні за рахунок хімічної реакції (реакцій). Сорбція наведена в експерименті описується лінійною залежністю в системі координат маса сорбованого металу (іонів) – маса гуматів.
Посилання
Zhou P., Yan H., Gu B. Competitive complexation of metal ions with humic sub-stances // Chemosphere. 2005, Vol. 58. P. 1327–1337.
Leboeuf E.J., Weber JR W. Macromolecular Characteristics of Natural Organic Matter. 2. Sorption and Desorption Behavior. Environ. Sci. Technol. 2000, Vol. 34. P. 3632–3640
Xue S., Zhao Q.-L., Wei L., Ren N.-Q. Behavior and characteristics of dissolved organic matter during column studies of soil aquifer treatment. 2009, Vol. 43. P. 499–507.
Li, J., Ding, Y., Wang, K., Li, N., Qian, G., Xu, Y., Zhang, J., Comparison of humic and fulvic acid on remediation of arsenic contaminated soil by electrokinetic technology, Chemosphere (2019), doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125038.
Janoš P., Kormunda M., Novák F., Zivotsky O., Fuitová J., Pilarova V. Multifunc-tional humate-based magnetic sorbent: Preparation, properties and sorption of Cu (II), phos-phates and selected pesticides. Reactive & Functional Polymers. 2013. Vol. 73. P. 46–52.
Ding H, Tang L, Nie Y, Ji H. Characteristics and interactions of heavy metals with humic acid in gold mining area soil at a upstream of a metropolitan drinking water source // Journal of geochemical exploration. 2018. Vol. 200. P. 266–275.
G. Lu, A. J. Haes, T. Z. Forbes. Detection and identification of solids, surfaces, and solutions of uranium using vibrational spectroscopy. Coordination Chemistry Reviews. 2018. Vol. 374. P. 314–344.
Mo C., Zhanbin H., Bang X., Tao F., Hui D. Preparation, characterization and salt-resistance of a coal based super absorbent composite. Mining Science and Technology. 2010, Vol. 20. P. 0864–0871.
Boguta P., Sokołowska Z. Interactions of Zn (II) Ions with Humic Acids Isolated from Various Type of Soils. Effect of pH, Zn Concentrations and Humic Acids Chemical Properties. PLoS ONE. 2016. Vol. 11. P. 1–20.
Hanke D., Dick P. D. Organic Matter Stocks and the Interactions of Humic Sub-stances with Metals in Araucaria Moist Forest Soil with Humic and Histic Horizons. Division - Soil Processes and Properties Commission - Soil Chemistry. 2017. Vol. 41. P. 1–20.
Bryan N.D., Jones D.L.M., Keepax R. E., Farrelly D. H., Abrahamsen L. G., Pitois A., Ivanov P., Warwick P., Evans N. The role of humic non-exchangeable binding in the promotion of metal ion transport in groundwaters in the environment. Journal of Environ-mental Monitoring. 2007. Vol. 9. P. 329–347.
Bryan N.D., Jones D.L.M., Keepax R. E., Farrelly D. H., Abrahamsen L. G., Pitois A., Ivanov P., Warwick P., Evans N. The role of humic non-exchangeable binding in the promotion of metal ion transport in groundwaters in the environment. Journal of Environ-mental Monitoring. 2007. Vol. 9. P. 329–347.
Kim H., Baek K., Kim B., Yang J. Humic substance-enhanced ultrafiltration for removal of cobalt. Journal of Hazardous Materials. 2005, Vol. 122. P. 131–136.
Cao D., Wang X., Wang Q., Fang X., Jin J., Hao X., Iritani E., Katagiri N. Re-moval of heavy metal ions by ultrafiltration with recovery of extracellular polymer substances from excess sludge // Journal of Membrane Science. 2020. Vol. 606. A. 118103. P. 1–11.
Pourret O., Davranche M., Gruau G., Dia A. Rare earth elements complexation with humic acid. Chemical Geology. 2007, Vol. 243. P. 128–141.
Waller P.A., Pickering W.F. The lability of zinc humate species. Chemical Speci-ation & Bioavailability. 2015, Vol. 3. P. 9–21.
Bahemmat M., Farahbakhsh M., Kianirad M. Humic substances-enhanced elec-troremediation of heavy metals contaminated soil. Journal of Hazardous Materials. 2016, Vol. 312. P. 307–318.
Kalina M., Klučáková M., Sedláček P. Utilization of fractional extraction for inter-actions between humic acids and metals characterization of the interactions between humic acids and metals// Geoderma. 2013 Vol. 207-208. P. 92–98.
Paul S., Sharma T., Saikia D., Saikia P. P., Borah D., Baruah M. K. Evaluation of pKa Values of Soil Humic Acids and their Complexation Properties. International Journal of Plant & Soil Science. 2015, Vol. 6(4). P. 218–228.
Evans L.J., Sengdy B., Lumsdon D. G., Stanbury D.A. Cadmium adsorption by an organic soil: a comparison of some humic – metal complexation models. Chemical Speciation & Bioavailability. 2015 Vol. 15. P. 93–100.
Lippold H., Eidner S., Kumke M. U., Lippmann-Pipke J. Diffusion, degradation or on-site stabilisation – Identifying causes of kinetic processes involved in metal–humate com-plexation // Applied Geochemistry. 2012, Vol. 27. P. 250–256.
Kanagaraj P., Mohamed I. M.A., Huang W., Liu C. Membrane fouling mitigation for enhanced water flux and high separation of humic acid and copper ion using hydrophilic polyurethane modified cellulose acetate ultrafiltration membranes. Reactive and Functional Polymers. 2020 Vol. 150. A. 104538. P. 1–11.
Cao D., Wang X., Wang Q., Fang X., Jin J., Hao X., Iritani E., Katagiri N. Re-moval of heavy metal ions by ultrafiltration with recovery of extracellular polymer substances from excess sludge // Journal of Membrane Science. 2020. Vol. 606. A. 118103. P. 1–11.
Membrane Technology for Water and Wastewater Treatment, Energy and Envi-ronment. Editors: Ismail A. F., Matsuura T. 2016 Taylor & Francis Group, London, UK. 319 p.
Al-Saydeha S.A., El-Naasa M. H., Zaidib S.J. Copper removal from industrial wastewater: A comprehensive review. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2017. Vol. 56. P. 35–44.
Royer-Lavall´ee A., Neculita C.M., Coudert L. Removal and potential recovery of rare earth elements from mine water. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2020, Vol. 89. P. 47–57.
Amato A., Becci A., Birloaga I., De Michelis I., Ferella F., Innocenz V., Ippolito N.M., Pillar Jimenez Gomez C., Vegliò F., Beolchini F. Sustainability analysis of innovative technologies for the rare earth elements recovery. Renewable and Sustainable Energy Re-views. 2019. Vol. 106. P. 41–53.
Bratskaya S., Volk A., Ivanov V., Ustinov A., Barinov N., Avramenko V. A new approach to precious metals recovery from brown coals: Correlation of recovery ecacy with the mechanism of metal–humic interactions. Geochimica et Cosmochimika acta. 2009. Vol. 73. P. 3301–3310.
Ziemkiewicz, P.; He, T.; Noble, A.; Liu, X. Recovery of Rare Earth Elements (REEs) from Coal Mine Drainage; West Virginia Mine Drainage Task Force Symposium: Morgantown, WV, USA, 2016. P. 1–7.
ДСТУ ISO 11885:2005 Якість води. Визначання 33 елементів методом атом-но-емісійної спектрометрії з індуктивно-зв`язаною плазмою. / Інститут сцинтиляційних матеріалів НАН України Дата початку дії 01.01.2008. – 18 с.
Swift, R.S. (1996) Organic Matter Characterisation, in D.L. Sparks (eds.), Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods, Soil Sci. Soc. Am. Book Series no. 5. P. 1011–1069.
Lamar R.T., Olk D. C., Mayhew L., Bloom P. R. A New Standardized Method for Quantification of Humic and Fulvic Acids in Humic Ores and Commercial Products. Journal of AOAC International. 2014, Vol. 97, No. 3. P. 721–730.
