Химия. Экология. Биотехнология – 2015

В перспективе мы планируем продолжить свою работу ранней весной и приготовить: салат из медуницы, березовый сок, тушеные клубеньки сочевичника, генеративные побеги хвоща (пистики) для начинки в пирожки. Также будем использовать позднелетние дары леса: смолевку мыльнянку для мыловарения, цикорий для приготовления ароматного напитка, дождевик жемчужный для заживления ранок и многое другое.

Работа выполнена в рамках научно-методического кураторства кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ с МАОУ СОШ № 12 г. Перми с углубленным изучением немецкого языка.

41

УДК 579.66

Д.А. Попов, О.И. Бахирева

СОРБЦИЯ ИОНОВ КАДМИЯ ВСПУЧЕННЫМ ВЕРМИКУЛИТОМ В УСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В настоящее время существуют актуальные проблемы очистки сточных вод предприятий цветной металлургии и химических производств, а также восстановления почв и грунтовых вод, загрязненных из-за отвалов пустой породы полиметаллических руд, зачастую содержащих в себе множество разнообразных вредных компонентов. Один из наиболее эффективных методов – это ионный обмен, в котором применяются разнообразные ионообменные материалы (природные, синтетические). Природные материалы отличаются низкой стоимостью, доступностью и экологической безопасностью. Пример природного сорбента – минерал вермикулит вспученный, представляющий из себя слоистую гидрослюду, состав которой выражается примерной формулой R+R+2|AISi3O10||OH|2, где R+ обозначают одновалентные катионы калия и лития, R+2 – количество двухвалентных катионов магния, железа, марганца и др. Вспучивание вермикулита – это прокаливание минерала при температуре около 900 °С, приводящее к увеличению его объема до 10 раз

изначительному приросту удельной поверхности.

Сдругой стороны, существует важный современный метод очистки воды от тяжелых металлов – биосорбция, т.е. применение живых организмов или их частей как сорбентов. Микроорганизмы способны извлекать из воды многие ионы с высокой эффекивностью.

42

Была выделена культура микроорганизмов, способная выживать в среде, содержащей ионы тяжелых металлов, и поглощать ионы кадмия из водного раствора. Также было показано, что вспученный вермикулит обладает высокими сорбционными свойствами по отношению к кадмию, что было подтверждено статическими и динамическими экспериментами в колонках. Величина сорбционной емкости вермикулитапо отношению кCd2+ составляет 33,91 мг/г.

Установлено, что микроорганизимы в процессе жизнедеятельности образуют на поверхности вермикулита биопленку, значительно влияющую на свойства сорбента. Для оценки этого влияния были проведены последовательные эксперименты по циклическому нанесению микроорганизмов на вермикулит – сорбции кадмия – десорбции кадмия. В каждом цикле определялись емкость минерала по осажденным клеткам и величина емкости по ионам кадмия. Нанесение микроорганизмов проводилось путем элюирования плотной культуральной жидкости через колонку с вермикулитом, на выходе из которой замерялось изменение оптической плотности. По выходной кривой после пересчета плотности на концентрацию биомассы рассчитывалась емкость. Далее через колонку элюировался раствор Cd2+ с концентрацией 50 мг/л, на выходе замерялась остаточная концентрация. Аналогично строилась выходная кривая и рассчитывалась предельная емкость. Наконец, колонка регенерировалась 0,1 Н раствором азотной кислоты и промывалась дистиллированой водой, после чего цикл повторялся. Всего было проведено семь циклов, результаты измерений приведены в таблице.

Результаты измерения

43

УДК 576.854/576.193

В.Д. Коновалова, Т.С. Соколова

БИОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ СТАЛИ В РАСТВОРАХ ТИОСУЛЬФАТА НАТРИЯ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Тиосульфат натрия является компонентом питательной среды для тионовых бактерий и образуется при окислении сульфидов

исероводорода кислородом воздуха. Дальнейшее окисление тиосульфата приводит к образованию молекулярной серы, сульфитов, политионатов, которые тоже могут принимать участие в метаболизме тионовых бактерий. Устойчивым конечным продуктом полного окисления серных соединений является сульфат. Коррозию стали в растворах тиосульфата в присутствии тионовых бактерий следует рассматривать как биологическую коррозию, которая осуществляется при одновременном протекании электрохимических

ибиохимических процессов.

Вданной работе исследована коррозия образцов углеродистой стали Ст.3 в растворах тиосульфата натрия в интервале рН от 3 до 9, в том числе в условиях воздействия тионовых бактерий, выделенных из речной воды.

Образцы стали с размерами 3×7 см помещали при полном их погружении в коррозионную среду в условиях естественной аэрации. Продолжительность испытаний составляла 24–68 суток. Растворы тиосульфата натрия имели концентрацию 0,1–1,0 г/л. Корректировку величины рН осуществляли растворами NaOH и HCI.

Тионовые бактерии были выделены из речной воды. Концентрация тионовых бактерий (ТБ) составляла 106 кл/мл. По результатам испытаний определяли скорость коррозии. Km– (г/м2·ч). В растворе определяли величину рН, а также содержание серных соединений. Результаты исследований представлены в таблице.

44

Результаты исследований

Исследование коррозии стали в растворах Na2S2O3 показало, что скорость коррозии зависит от рН растворов, концентрации Na2S2O3 и присутствия тионовых бактерий. В исследованных условиях минимальная скорость коррозии наблюдается в отсутствии Na2S2O3 в стерильной дистиллированной воде. С увеличением концентрации Na2S2O3 в растворе и при предварительном подкислении до рН = 3…5 скорость коррозии увеличивается в 1,3–3,0 раза. В присутствии тионовых бактерий с концентрацией 106 кл/мл скорость коррозии увеличивается в 1,1–1,3 раза.

Повышенная агрессивность растворов тиосульфата может быть обусловлена образованием молекулярной серы в процессе трансформации серных соединений с последующим участием ее в адсорбции на поверхности металла, что усиливает электрохимическую неоднородность поверхности. При коррозии стали в растворе с концентрацией Na2S2O3 1 г/л концентрация молекулярной серы составляет около 100–140 мг/л. В присутствии тионовых бактерий при исходных значениях рН = 3…7 скорость коррозии несколько увеличивается, вероятно, вследствие процессов метаболизма. При коррозии под воздействием тионовых бактерий в растворах устанавливаются более низкие значения рН, что характерно для метаболизма тионовых бактерий.

45

УДК 661.183.2; 665.7

А.Д. Чучалина, Е.А. Васильева, А.С. Ширкунов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ В КАЧЕСТВЕ СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Наиболее широко распространенными сорбентами, применяемыми в производстве в системах очистки вентиляционных газов, воды и прочих жидкостей, а также в средствах индивидуальной защиты органов дыхания, являются гранулированные активные угли (ГАУ). Обязательным компонентом в производстве ГАУ является связующее, которое смешивается с угольным порошком, и полученная угольно-смоляная композиция (УСК) подвергается гранулированию, сушке, карбонизации и активации.

Традиционно в производстве ГАУ в качестве связующих использовались лесохимические (ЛХС) и каменноугольные смолы (КУС). Но в последние годы они перестали проходить кондиционирование для получения товарного связующего для производства активных углей со строго регламентированными характеристиками. В настоящее время данные компоненты реализуются с лесохимических и коксохимических предприятий в том виде, в котором были произведены. Это приводит к неконтролируемому разбросу их параметров качества в зависимости от технологического режимы и сырья каждого конкретного предприятия. Именно поэтому данные исследования были направлены на поиск альтернативных видов связующих, пригодных для получения высококачественных сорбционных материалов.

46

В ходе исследований были проанализированы величины вязкости и коксуемости как традиционных связующих – каменноугольной (КУС) и лесохимической смол (ЛХС), так и ряда высококипящих нефтепродуктов с технологических установок

ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»: мазут, тяжелый газойль коксования (ТГК), нефтяной дорожный битум марки БНД 60/90 (БНД), асфальт деасфальтизации гудрона пропаном. Вязкость определяли с помощью модульного компактного реометра MCR 102 (Anton Paar). Содержание кокса измеряли с помощью микроанализатора коксового остатка NMC440.

Результаты исследований индивидуальных компонентов были опубликованы ранее в журнале «Научно-технический вестник Поволжья» № 5 в статье «Исследование применимости тяжелых нефтяных остатков в качестве связующих для получения гранулированных активных углей».

Наилучшие результаты были получены при использовании смеси маловязких (мазут, ТГК) и высоковязких нефтепродуктов (асфальт, битум). Представленные данные свидетельствуют о том, что коксуемость предложенных смесей находится в оптимальных пределах, при этом значения вязкости существенно ниже, чем для каменноугольных и лесохимических смол, что позволит получать достаточно пластичные УСК для проведения технологического процесса при сниженной температуре.

На основании проанализированных характеристик был подобран ряд композиций связующих, на базе которых с использованием пыли неспекающегося каменного угля на лабораторном стенде были получены угольно-смоляные композиции (УСК). Далее эти УСК были отформованы и подвергнуты термообработке. У образцов активных углей были определены основные характеристики (таблица). Уголь № 1 получен на базе традиционных связующих и является контрольным образцом, а угли № 2 и № 3 получены на основе предложенных нами композиций. По результатам исследований можно сделать вывод о том, что активные угли полностью удовле-

47

творяют требованиям ГОСТ 20464–75 на марку АГ-3, за исключением активности по толуолу угля № 3 (см. таблицу).

Сравнение характеристик готовых углей, полученных на основе нефтяных связующих

Исследования проводились в рамках работ по Постановлению Правительства России № 218 от 09.04.2010 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских вузов и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичных производств» по теме: «Создание высокотехнологичного адаптивного производства углеродных сорбентов и фильтрующих материалов как основы отечественной сорбционной, экологической и противогазовой техники нового поколения».

48

УДК 541.183.12

А.Ю. Друк, Д.А. Рожина, А.С. Маковеев, С.Ю. Солодников, Л.С. Пан

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МОРСКИХ ВОДОРОСЛЕЙ И ГЕКСАЦИАНОФЕРРАТА ЖЕЛЕЗА В КАЧЕСТВЕ ЭНТЕРОСОРБЕНТА

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Все чаще возникают угрозы загрязнения окружающей среды радионуклидами вследствие развития ядерной энергетики, утилизации радиоактивных отходов, аварий на атомных электростанциях

идр. Для ослабления вредного действия ионизирующей радиации на организм человека используются энтеросорбенты. Они используются как в целях профилактики, так и для облегчения течения лучевой болезни. Энтеросорбенты способствуют связыванию экзо-

иэндогенных веществ в желудочно-кишечном тракте путем адсорбции, абсорбции, ионного обмена, комплексообразования.

Одним из наиболее используемых комплексообразующих лекарственных препаратов при попадании в организм радионуклидов является «ферроцин», созданный на основе ферроцианидов железа. «Ферроцин» прочно связывает радиоактивные изотопы цезия, рубидия и таллия, предупреждая их всасывание из кишечника, что позволяет ускорить их выведение из организма.

Однако существующие энтеросорбенты обладают рядом недостатков. Наличие побочных токсических эффектов и ограниченная продолжительность их защитного действия послужили основанием для исследования радиозащитных свойств нетоксичных веществ биологического происхождения. Способность каррагинанов

иальгинатов водорослей образовывать соли с металлами предпола-

49

гает возможность их применения как нетоксичных хелатирующих агентов при лечении отравлений тяжелыми металлами и радионуклидами. Поэтому в данной работе в качестве биологического объекта, обладающего способностью к сорбции радионуклидов, были рассмотрены водоросли Черного моря, в частности бурая водо-

росль рода Zostera Marina.

Для получения энтеросорбента на основе биомассы морских водорослей их обрабатывали последовательно растворами соли железа (III) и ферроцианида (II) калия. Чтобы исключить соосаждение фазы гидроксида железа, сорбент на конечной стадии промывали раствором соляной кислоты. При этом на поверхности водорослей осаждалась фаза ферроцианида железа состава

H0,6К0,2Fe1,07[Fe(CN)6].

Полученные биосорбенты были испытаны на серии из шести крыс. Крысам вводили определенное количество цезия и сорбента и в течение суток отбирали пробы мочи и кала, которые в дальнейшем анализировали на содержание цезия.

Показано, что основное количество введенного цезия (до 70 %) вымывается мочой и калом (до 6 %). Низкое содержание цезия в составе кала объясняется малым количеством введенного сорбента (0,03 г). Для полного выделения цезия необходимо в дальнейшем брать на анализ пробы мочи и кала на вторые и третьи сутки.

Установлено, что биосорбенты на основе морских водорослей имеют более высокие сорбционные показатели в расчете на 1 ммоль ферроцианидной составляющей по сравнению с чистым ферроцианидом железа.

50