Regularities in mercury cation sorption by a lignin-based sulfur-containing sorbent

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

   The unfavorable environmental situation in the town of Usolye-Sibirskoye (Irkutsk Oblast, Russia) determines the relevance of investigating and applying a new lignin-based sulfur-containing sorbent for purification of groundwater from mercury compounds.   The sorbent was synthesized on the basis of waste products of epichlorohydrin (1,2,3-trichloropropane), sulfur, and lignin. The IR spectrum of the sorbent under study showed the presence of an S–S bond in the region of 445–465 cm-1. Intensive absorption of Hg2+ ions in the regions of 2800–2950 cm-1 (valence vibrations of C–H bonds in CH and CH2 groups) and 1460 cm-1 (deformation vibrations in CH2 group) was observed. Absorption of Hg2+ ions by lignin fragments was accompanied by a change in the vibration band of S–S bonds, which splits into two bands of higher frequencies than the νS–S band in the original sorbent. The optimum sulfur content, which ensures the maximum sorption activity of the sorbent, was found to be 53.25%. The mercury sorption isotherms at 20 and 60 °C are described by parabolic dependencies with determination coefficients of 98.9 and 98.6 %, respectively. The kinetic curve at 20 °C and 40 °C is approximated by a hyperbola and a cubic polynomial with determination coefficients of 97.9 and 96.2 %, respectively. The reaction order (first order at 20 °C and second order at 40 °C) and the reaction rate constant (0.0876 min-1 at 20 °C and 0.00014 min-1 at 40 °C) were determined. At 20 °C, the sorption rate of Hg2+ was established to be significantly higher and the sorption time to be faster than those at 40 °C. Therefore, mercury sorption by the proposed sorbent should be carried out at 20 °C in order to reduce energy consumption.

Негізгі сөздер

Авторлар туралы

V. Aslamova

Irkutsk State Transport University

Email: aslamovav@yandex.ru

E. Golovkova

Angarsk State Technical University

Email: temnikova_ea@bk.ru

E. Shneygelberger

LLC “Siberian Standard-Ecology”

Email: chern5218@yandex.ru

A. Aslamov

Angarsk State Technical University

Email: aaa_mx@angtu.ru

Әдебиет тізімі

  1. Домрачева В.А Об экологической ситуации в Иркутской области и возможности ее улучшения // Успехи современного естествознания. 2009. N 7. С. 149–151. EDN: KWXPDL.
  2. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения : монография. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с. EDN: UAJSQV.
  3. Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжелые металлы в экосистемах : монография. Саратов: Ракурс, 2017. 178 с. EDN: ZUOCLR.
  4. Adriano D.C. Trace elements in the terrestrial environment. Springer-Verlag: New York – Berlin – Heidelberg – Tokio, 1986. 533 p.
  5. Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. М.: Изд-во ИМГРЭ, 1992. 169 с.
  6. Соковикова М.И., Старостина В.Ю. Сравнительный анализ различных мероприятий по ликвидации загрязнения промышленной территории ООО «Усольехимпром» тяжелыми металлами // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2019): материалы XV Междунар. науч.-техн. конф. Уфа: Изд-во УГАТУ, 2019. С. 129–134. EDN: ZPVXVG.
  7. Руш Е.А. Ртутное загрязнение р. Ангары в зоне действия химического комбината // Водоснабжение и санитарная техника. 2003. N 11. С. 12–24. EDN: PXIEQX.
  8. Седых Е.С., Зарипов Р.Х. Ртуть в почвах Усольского промышленного района (Верхнее Приангарье) // Сибирский экологический журнал. 2002. Т. 9. N 1. С. 21–28.
  9. Вертинский А.П. К вопросу о ртутной интоксикации техногенного происхождения Байкало-Ангарского бассейна // Экологические технологии. 2010. N 9. C. 66–70. EDN: NAWTSR.
  10. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. Л.: Химия, 1982. 168 с.
  11. Иринчинова Н.В., Дударев В.И., Филатова Е.Г., Асламова В.С. Регрессионные модели адсорбции ионов никеля (II) углеродными сорбентами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 3. С. 349–357. doi: 10.21285/2227-2925-2021-11-3-349-357. EDN: DCWLGI.
  12. Di Natale F., Gargiulo V., Alfè M. Adsorption of heavy metals on silica-supported hydrophilic carbonaceous nanoparticles (SHNPs) // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 393. P. 122374. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122374.
  13. Chen A.-H., Liu S.-C., Chen C.-Y., Chen C.-Y. Comparative adsorption of Cu(II), Zn(II), and Pb(II) ions in aqueous solution on the crosslinked chitosan with epichlorohydrin // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 154, no. 1–3. P. 184–191. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.10.009.
  14. Laus R., Costa T.G., Szpoganicz B., Fávere V.T. Adsorption and desorption of Cu(II), Cd(II) and Pb(II) ions using chitosan crosslinked with epichlorohydrin-triphosphate as the adsorbent // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 183, no. 1–3. P. 233–241. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.07.016.
  15. Akpomie K.G., Conradie J. Advances in application of cotton-based adsorbents for heavy metals trapping, surface modifications and future perspectives // Ecotoxicology Environmental Safety. 2020. Vol. 201. P. 110825. doi: 10.1016/j.ecoenv.2020.110825.
  16. Fouda-Mbanga B.G., Prabakaran E., Pillay K. Carbohydrate biopolymers, lignin based adsorbents for removal of heavy metals (Cd2+, Pb2+, Zn2+) from wastewater, regeneration and reuse for spent adsorbents including latent fingerprint detection : a review // Biotechnology Reports. 2021. Vol. 30. P. e00609. doi: 10.1016/j.btre.2021.e00609.
  17. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Обуздина М.В., Грабельных В.А. Моделирование процесса адсорбции в системе жидкость – твердое тело : регрессионный анализ извлечения меди из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. С. 351–359. doi: 10.21285/2227-2925-2019-9-2-351-359. EDN: ICEAVU.
  18. Асламова В.С., Шалунц Л.В., Грабельных В.А., Асламов А.А. Регрессионные модели адсорбции ионов цинка из водных растворов цеолитом Холинского месторождения, модифицированным серосодержащим полимером // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 1. С. 29–38. doi: 10.21285/2227-2925-2020-10-1-29-38. EDN: WDQLZE.
  19. Нойман Ш. Применение ионообменных смол в гальваническом производстве // Вода: химия и экология. 2014. N 5. С. 116–123. EDN: SFEZNT.
  20. Сомин В.А., Фогель А.А., Комарова Л.Ф. Очистка воды от ионов металлов на сорбентах из древесных отходов и минерального сырья // Экология и промышленность России. 2014. N 2. С. 56–60. EDN: RVBZJL.
  21. Хмылко Л.И., Орехова С.Е. Сорбенты на основе лигнина и целлюлозосодержащих материалов // Свиридовские чтения : сб. ст. / отв. ред. Т.Н. Воробьева. Минск: Изд-во БГУ, 2012. Вып. 8. C. 232–239. EDN: LMUTIJ.
  22. Грабельных В.А., Леванова Е.П., Рединова А.В., Русавская Н.В., Игнатова О.Н., Корчевин Н.А. Новый тип сорбентов на основе полисульфида натрия из отходов производства эпихлоргидрина для извлечения соединений тяжелых металлов // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т. 20. N 2. С. 199–203. EDN: OXPHSR.
  23. Рединова А.В., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов серосодержащими полимерными сорбентами // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. N 1. С. 113–116. EDN: PUZFYF.
  24. Запорожских Т.А., Третьякова Я.К., Грабельных В.А., Руссавская Н.В., Вшивцев В.Ю., Леванова П.Е.. Гранулированные серосодержащие сорбенты для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. N 5. С. 849–851.
  25. Дарманская Т.А., Корчевин Н.А., Асламова В.С. Утилизация зольных отходов // Экология и промышленность России. 2010. N 1. С. 39–41. EDN: MTWCHH.
  26. Пат. № 2475299, Российская Федерация, МПК B01J 20/02(2006.01), B01J 20/26(2006.01), B01J 20/30. Способ получения серосодержащих сорбентов для очистки сточных вод от тяжелых металлов / А.В. Рединова, О.Н. Игнатова, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, Н.В. Руссавская, С.В. Терек. Заявл. 27. 12. 2010; опубл. 20. 02. 2013. Бюл. № 5.
  27. Пат. № 2558896, Российская Федерация, МПК B01J20/30, B01J20/02, B01J20/22. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов / Е.А. Чернышева, В.А. Грабельных, Е.П. Леванова, О.Н. Игнатова, И.Б. Розенцвейг, Н.В. Руссавская. Заявл. 06. 06. 2014; опубл. 10. 08. 2015. Бюл. № 22.
  28. Чернышева Е.А., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин Н.А. Применение серосодержащего сорбента на основе лигнина для извлечения ртути из водных растворов // Известие вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 3. С. 169–177. doi: 10.21285/2227-2925-2017-7-3-169-177. EDN: ZQJUMR.
  29. Пат. № 2624319, Российская Федерация. Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод / М.В. Обуздина, Е.А. Руш, А.В. Днепровская, Л.В. Шалунц, О.Н. Игнатова, Е.П. Леванова. Заявл. 30. 03. 2016; опубл. 03. 07. 2017. Бюл. № 19.
  30. Марченко З. Фотометрическое определение элементов / пер. с польск. М.: Мир, 1971. 502 с.
  31. Trofimov B.A., Sinegovskaya L.M., Gusarova N.K. Vibrations of the S–S bond in elemental sulfur and organic polysulfides: a structural guide // Journal of Sulfur Chemistry. 2009. Vol. 30, no. 5. P. 518–554. doi: 10.1080/17415990902998579.
  32. Бёккер Ю. Спектроскопия : монография / пер. с нем. М.: Техносфера, 2009. 528 с.
  33. Асламова В.С., Шнейгельбергер Е.А., Грабельных В.А. Утилизация насыщенного ионами тяжелых металлов серосодержащего сорбента // VI Научные чтения, посвященные памяти академика А.Е. Фаворского : сб. тез. докл. школы-конференции молодых ученых с междунар. уч. Иркутск: Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, 2020. С. 58. EDN: RPALQU.
  34. Aslamova V.S., Chernysheva E.A., Grabelnykh V.A., Levanova E.P., Russavskaya N.V. Regression analysis of zinc and cadmium ion extraction from aqueous solutions using a lignin-based sulphur-containing sorbent // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 174–183. doi: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183. EDN: VQTQHU.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».