Влияние кислотности среды на десорбцию ионов меди (II) из природных сорбентов

Задача создания функциональных сорбционных материалов на основе природного сырья, способных посредством защиты окружающей среды обеспечить сохранение здоровья и качества жизни человека от загрязнения тяжелыми металлами, является актуальной междисциплинарной проблемой. В качестве объектов исследования изучали ионы меди (II) – основного загрязнителя территорий, прилегающих к затопленным медным рудникам Уральского региона (Дегтярский, Левихинский и др.), и распространенные сорбенты природного происхождения – нейтрализованный верховой торф в гранулированном и негранулированном виде, а также диатомит и вермикулит. Рассмотрено влияние кислотности среды на эффективность иммобилизации ионов меди (II) выбранными сорбентами. На первом этапе исследований связывали ионы тяжелого металла из водного раствора с концентрацией, равной 10 предельно допустимым концентрациям ионов меди (II) в почве. Затем после фильтрования и просушивания сорбенты помещали в водную среду с исходным значением pH = 2, 4, 7, 8. Кислую среду создавали добавлением к дистиллированной воде азотной кислоты, щелочную среду – добавлением гидроксида натрия. Установлено наличие десорбции ионов меди (II) в случае торфа не гранулированного, а также диатомита и вермикулита в растворе с сильнокислой средой при значении pH = 2. При рН = 4, 7, 8 в пределах погрешности метода спектрофотомерии, использованного для определения концентрации ионов меди (II) в подвижной форме, десорбция не установлена. На основании результатов исследований предложен композитный сорбент – мелиорант на основе природных компонентов с добавкой оксида кальция для снижения кислотности среды и подавления процесса десорбции связанных ионов тяжелого металла.

Апакашев Р. А., Малышев А. Н., Лебзин М. С., Курмачева В. С., Гордеева Ю. Ф. Влияние кислотности среды на десорбцию ионов меди (II) из природных сорбентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 22–33. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_22.

Исследование проведено в рамках реализации федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» (ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет»).

Апакашев Рафаил Абдрахманович¹ — д-р хим. наук, профессор, e-mail: Apakashev.R@m.ursmu.ru, ORCID ID: 0000-0002-9006-3667,
Малышев Александр Николаевич¹ — инженер-исследователь, e-mail: malyshev.k1b@ gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3104-1687,
Лебзин Максим Сергеевич¹ — младший научный сотрудник, e-mail: az_ma@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5959-135X,
Курмачева Вера Сергеевна¹ — лаборант-исследователь, e-mail: verakurmacheva55@mail.ru, ORCID ID: 0009-0005-5925-021X,
Гордеева Юлия Фидаисовна¹ — зав. лабораторией, e-mail: julia100990@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0002-7184-6586,
¹ Уральский государственный горный университет.

Малышев А.Н., e-mail: malyshev.k1b@gmail.com.

1. Лукин С. В., Селюкова С. В. Агроэкологическая оценка влияния органических удобрений на микроэлементный состав почв // Достижения науки и техники АПК. — 2016. — № 30 (12). — С. 61—65.

2. Водяницкий Ю. Н. Тяжелые и сверхтяжелые металлы и металлоиды в загрязненных почвах. — М., 2009. — 96 с.

3. Дудина С. Н. Модифицирование сорбентов на основе природных глинистых материалов // Научные ведомости БелГУ. Сер. Естественные науки. — 2013. — № 24 (167). — С. 131—134.

4. Соколовский П. В. Разработка состава и определение коллоидно-химических характеристик композиционного сорбента на основе продуктов пиролиза отходов шелушения технических и зерновых сельскохозяйственных культур и монтмориллонит содержащих глин: автореф. диссертации на соискание канд. техн. наук. — Белгород: НИУ БелГУ, 2016. — 21 с.

5. Антонинова Н. Ю., Шубина Л. А., Шепель К. В., Собенин А. В., Усманов А. И. Оценка возможности использования отходов производства при разработке мероприятий по иммобилизации тяжелых металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5-1. — С. 46—55. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_51_0_46.

6. Turner T., Wheeler R., Stone A., Oliver I. Potential alternative reuse pathways for water treatment residuals: Remaining barriers and questions — a review // Water, Air, & Soil Pollution. 2019, vol. 230, no. 9, pp. 1—30. DOI: 10.1007/s11270-019-4272-0.

7. Bilal M., Ihsanullah I., Younas M., Ul Hassan Shah M. Recent advances in applications of lowcost adsorbents for the removal of heavy metals from water: A critical review // Separation and Purification Technology. 2021, vol. 278, article 119510. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119510.

8. Levy-Ontman O., Yanay C., Alfi Y., Paz-Tal O., Wolfson A. Selective sorption of heavy metals by renewable polysaccharides // Polymers. 2023, vol. 15, article 4457. DOI: 10.3390/polym15224457.

9. Richards S., Dawson J., Stutter M. The potential use of natural vs commercial biosorbent material to remediate stream waters by removing heavy metal contaminants // Journal of Environmental Management. 2019, vol. 231, pp. 275—281. DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.10.019.

10. De Gisi S., Lofrano G., Grassi M., Notarnicola M. Characteristics and adsorption capacities of low-cost sorbents for wastewater treatment. A review // Sustainable Materials and Technologies. 2016, vol. 9, pp. 10—40. DOI: 10.1016/j.susmat.2016.06.002.

11. Копцик Г. Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. — 2014. — № 7. — С. 851—868.

12. Слуковская М. В., Иванова Л. А., Горбачева Т. Т., Дрогобужская С. В., Иноземцева Е. С., Марковская Е. Ф. Изменение свойств техногенно загрязненного грунта при использовании карбонатитового мелиоранта в зоне воздействия медно-никелевого комбината // Труды Карельского научного центра РАН. — 2013. — № 6. — C. 133—141.

13. Elboughdiri N. The use of natural zeolite to remove heavy metals Cu (II), Pb (II) and Cd (II), from industrial wastewater // Journal Cogent Engineering. 2020, vol. 7, no. 1. DOI: 10.1080/23311916. 2020.1782623.

14. Weng C.-H., Sharma Y. C., Chu S.-H. Adsorption of Cr(VI) from aqueous solutions by spent activated clay // Journal of Hazardous Materials. 2008, vol. 155, no. 1-2, pp. 65—75. DOI: 10.1016/j. jhazmat.2007.11.029.

15. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Наволокина В. Ю. Оценка влияния затопленного Левихинского медноколчеданного рудника на качество поверхностных вод реки Тагил // Проблемы недропользования. — 2019. — № 3(22). — С. 155—161.

16. Елохина С. Н. Техногенез затопленных рудников Урала. Автореф. диссертации ... доктора геолого-минералогических наук. — Екатеринбург: УГГУ, 2014. — 43 с.

17. Белозерцева И. А., Гранина Н. И. Воздействие разведки, добычи и переработки полезных ископаемых на почвы Сибири // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 10-2. — С. 238—242.

18. Рыбникова Л. С., Наволокина В. Ю. Обоснование мероприятий по минимизации воздействия кислых шахтных вод на гидросферу (на примере Левихинского медноколчеданного месторождения, Свердловская обл.) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5-2. — С. 245—256. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_245.

19. Янин Е. П. Экологические последствия разработки месторождений цветных и редких металлов. Аналитический обзор // Экологическая экспертиза. — 2020. — № 1. — С. 2—82. DOI: 10.36535/0869-1010-2020-01-1.

20. Кислицына А. П., Фигурин В. А. Влияние извести и минеральных удобрений на агрохимические показатели почвы и продуктивность лядвенце-тимофеечной травосмеси // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — 2021. — № 3. — C. 367—375. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.3. 367-375.

21. Абуова Г. Б., Давыдова Е. В. Общая характеристика сорбентов, используемых для улучшения работы очистных сооружений // Перспективы развития строительного комплекса. — 2015. — № 1. — С. 362—366.

22. Lodygin E. D., Alekseev I. I., Vasilevich R. S., Abakumov E. V. Complexation of lead and cadmium ions with humic acids from arctic peat soils // Environmental Research. 2020, vol. 191, article 110058. DOI: 10.1016/j.envres.2020.110058.

23. Кузнецова И. А., Ларионов Н. С. Химический состав и сорбционные свойства торфа — основа ресурсного потенциала типичных верховых болот северо-запада России // Успехи современного естествознания. — 2018. — № 7. — С. 165—170. DOI: 10.17513/use.36820.

24. Гаврилов С. В., Канарская З. А. Адсорбционные свойства торфа и продуктов на его основе // Вестник Казанского технологического университета. — 2015. — № 2. — С. 422—427.

25. Антонинова Н. Ю., Усманов А. И., Собенин А. В., Горбунов А. А. Исследование влияния торфо-диатомитового мелиоранта на формирование устойчивого травяного покрова при рекультивации нарушенных земель // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5. — С. 131—141. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_5_0_131.

26. Kasiuliene A., Carabante I., Bhattacharya P., Caporale A. G., Adamo P., Kumpiene J. Removal of metal(oid)s from contaminated water using iron-coated peat sorbent // Chemosphere. 2018, vol. 198, pp. 290—296. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.01.139.

27. Нгуен Вьет Кыонг, Короткова П. С., Ханмамедова Э. Н., Григорьева Л. С. Модифицированные сорбенты на основе диатомитов // Вестник МГСУ. — 2019. — Т. 14 (7). — С. 862—869. DOI: 10.22227/19970935.2019.7.862-869.