close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

АННОТАЦИЯ диссертации на соискание ученой степени

код для вставкиСкачать
АННОТАЦИЯ
диссертации на соискание ученой степени
доктора философии (PhD) 6D072000 – Химическая технология неорганических
веществ
Таубаева Әлия Сабиржанқызы
Разработка технологии получения сорбентов на основе гуминовых
соединений
Современное
состояние
решаемой
научной
или
научнотехнологической проблемы и их актуальность.
В настоящее время очистка природных и сточных вод от тяжелых металлов
является актуальной проблемой. Тяжелые металлы являются наиболее
распространенными и опасными загрязнителями, поскольку их техногенное
накопление в окружающей среде идет наиболее высокими темпами. В связи с
этим сточные воды должны подвергаться глубокой очистке от тяжелых металлов
с помощью сорбционных процессов, позволяющий проводить очистку до низких
концентраций загрязнителя и повторно использовать очищенную воду в
замкнутых системах водооборота предприятий.
В качестве сорбентов для очистки водных сред, применяются природные и
синтетические материалы - глины, песок, древесина, активированные угли,
силикагели, ионообменные смолы и др. сорбенты. Однако эти сорбенты имеют
ряд недостатков. Недостатками природных сорбентов является быстрая
засоряемость, обладают недостаточными высокими адсорбционными
свойствами, поскольку размеры их пор невелики и внутренняя площадь
поверхности их мала, а синтетические сорбенты обладают хорошей
поглотительной способностью, однако отличаются большей стоимостью,
сложностью получения и применением высоких температур, давлений и
катализаторов. Использование сорбентов позволяет решать целый ряд важных
вопросов технологии по очистке природных и сточных вод от тяжелых металлов.
Интенсивное применение сорбентов в химической технологии основано в
большей степени на их сорбционных свойствах. Известно, что одними из
эффективных сорбентов являются гуминовые соединения, которые выполняют
роль естественных детоксикантов. Гуминовые вещества - это природные
органические соединения обладающие сложной физико-химической структурой
с
различными
функциональными
группами.
Наличие
различных
функциональных групп в гуминовых веществах, среди которых преобладают
кислородсодержащие функциональные группы: карбоксильные, фенольные,
гидроксильные, карбонильные, метоксильные и др., позволяют вступать в
ионные, донорно-акцепторные взаимодействия с последующим участием в
сорбционных процессах. Кроме того, гуминовые вещества, являются особенно
перспективными адсорбентами, поскольку они являются экологически чистыми,
не токсичными, дешевыми продуктами. Одним из эффективных путей
повышения сорбционной способности сорбентов на основе гуминовых
соединений является проведение химической модификации. В настоящее время
наибольший интерес вызывают модифицированные формы гуминовых
соединений которые могут эффективно связывать тяжелые металлы, образуя
нерастворимые комплексные соединения. В связи с этим исследования
комплексообразования и сорбционных свойств гуминовых соединений с
тяжелыми металлами являются весьма актуальными.
Обоснование необходимости проведения научно-исследовательской
работы.
Проблема очистки сточных вод и водоподготовки во многом упирается в
отсутствие дешевых многофункциональных сорбентов, устойчивых в процессе
эксплуатации. Существующие промышленные сорбенты с высокой сорбционной
емкостью использовать экономически нецелесообразно из-за их высокой
стоимости. Поэтому возникает необходимость в разработке эффективной
технологии получения новых сорбентов на основе гуминовых соединений
полученных из бурого угля. Способы получения выше указанных соединений не
требуют дорогостоящих реагентов, больших материальных и экономических
затрат.
Целью работы является изучение процессов сорбции ионов тяжелых
металлов немодифицированным и модифицированными гуматами и
установление предполагаемого химизма процесса взаимодействия солей
тяжелых металлов с немодифицированным и модифицированными гуматами и
определение оптимальных условий сорбции солей тяжелых металлов на
гуминовых сорбентах с последующей разработкой технологических схем
процессов.
Задачи исследования:
- Изучение процессов модификации гумата натрия этилендиамином и бис(3аминопропил) амином и определение физико-химических свойств полученных
продуктов;
- Исследование влияния различных факторов (времени, рН, Т:Ж и
концентрации металлов) на сорбционные свойства гумата натрия по отношению
к ионам кобальта, никеля, меди и кадмия;
- Определение параметров и условий процесса сорбции ионов Co2+, Ni2+,
Cu2+ и Cd2+ модифицированными этилендиамином и бис(3-аминопропил)
амином гуминовыми соединениями;
- Изучение общих закономерностей процессов сорбции тяжелых металлов
немодифицированным и модифицированными гуматами методами физикохимического анализа;
- Разработка технологических схем процесса сорбции тяжелых металлов
немодифицированным и модифицированными гуматами.
Объекты исследования.
Объектами исследования служили гумат натрия, полученный экстракцией
из бурого угля Шубаркульского месторождения (Карагандинская обл.) и затем
модифицированный аминами (этилендиамин, бис(3-аминопропил) амин); а
также использованы соли тяжелых металлов: ацетат меди (II); ацетат кобальта
(II) 4-водный; никель сернокислый 6-водный; кадмий сернокислый 8-водный.
Предмет исследования – разработка технологии получения сорбентов на
основе гуминовых соединений и определение сорбционной способности
сорбентов по отношению к тяжелым металлам.
Научная новизна:
- Впервые проведены исследования по модификации гумата натрия
полученного экстракцией из местного минерального сырья Казахстана
(Шубаркульского месторождения) с использованием новых модификаторов
этилендиамина и бис(3-аминопропил) амина, которые показали высокую
эффективность при модификации сорбентов;
- Исследовано взаимодействие ионов тяжелых металлов Co2+, Ni2+, Cu2+ и
Cd2+ с немодифицированным и модифицированными гуматами. Впервые
показана возможность использования в качестве сорбентов модифицированных
гуматов для очистки водных сред от ионов тяжелых металлов Co2+, Ni2+, Cu2+ и
Cd2+. Установлено методами сканирующей электронной микроскопии и ИКспектроскопического анализа образование комплексов немодифицированного и
модифицированных гуматов с ионами тяжелых металлов. Выявлено, что
связывание гумата натрия с металлами происходит за счет взаимодействия
карбоксильных СООН- и гидроксильных ОН-групп, а комплексообразование
модифицированных гуматов с ионами тяжелых металлов происходит за счет
донорно-акцепторных взаимодействий атома азота аминной группы и атомом
кислорода гидроксильной ОН-группы;
- Предложен предполагаемый химизм процесса сорбции, как на
немодифицированном, так и на модифицированных гуматов с ионами тяжелых
металлов Co2+, Ni2+, Cu2+ и Cd2+. Разработаны технологические схемы процессов
очистки сточных вод сорбентами.
Метрологическая обеспеченность. Для выполнения работ имеются
современные приборы и аппаратура, имеются основное и вспомогательное
оборудование, а также ряд установок, необходимых для проведения
технологических работ. Весь приборно-аппаратурный и технологический парк
соответствует требуемым стандартам. Имеются ГОСТы, реактивы и
сертифицированные методы анализа и методики. Используемая для проведения
экспериментов аппаратура сертифицирована органами метрологического
контроля.
Методологическая база. В исследовании были использованы современные
физико-химические методы анализа: ИК-спектрофотометр «Perkin Elmer
Spectrum 100» и «Specord M-80», сканирующий электронный микроскоп «JXA8230» и «QUANTA 250 FEG», дериватограф «Shimadzu DTG-60», атомноабсорбционный спектрофотометр «Perkin Elmer AAnalyst 400».
Связь данной работы с другими научно-исследовательскими работами.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с темами научноисследовательских работ (НИР) лаборатории химии удобрений и солей АО
«Институт химических наук им. А.Б. Бектурова»: «Разработка технологий
получения многофункциональных материалов из фосфорита, фосфор- и
серосодержащего сырья и бурых углей» (№ госрегистрации 0112РК00222)
Личный вклад докторанта состоит в анализе и обобщении литературных
данных, в выборе тематики исследования и организации, постановке и
проведении экспериментальных исследований, проведении расчетов, анализов и
обобщении полученных результатов, подготовке научных публикаций.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и
обсуждены на научно-практических и международных конференциях,
семинарах: Международная конференция «Химия и химическая технология:
достижения и перспективы» (Кемерово, 2012); IV Международная научнопрактическая конференция «Проблемы инновационного развития нефтегазовой
отрасли» (Алматы, 2012); XIII Международная научно-практическая
конференция «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и
применение высоких технологий в промышленности и экономике» (СанктПетербург, 2012); Семинар «International Training Workshop on irrigation and
fertilization management for cotton growth» (Диарбакир, 2012); III Международная
конференция «Актуальные вопросы химической технологии и защиты
окружающей среды» (Новочебоксарск, 2013); Зарубежная конференция «47general assembly and the 44-IUPAC world Chemistry congress» (Стамбул, 2013); VI
Международная Каргинская конференция «Полимеры - 2014» (Москва, 2014);
Зарубежная конференция «II National humic substance congress»
(Кахраманмараш, 2014); II Международная конференция «Химия и химическая
технология: достижения и перспективы» (Кемерово, 2014); III Международная
научно-практическая конференция «Отечественная наука в эпоху изменений:
постулаты прошлого и теории нового времени» (Екатеринбург, 2014);
Международная научно-практическая интернет-конференция «Современные
актуальные проблемы естественных наук» (Актобе, 2014); Международная
заочная научно-практическая конференция «Актуальные направления научных
исследований XXI века» (Воронеж, 2014).
Публикации. Результаты выполненной работы отражены в 19 научных
публикациях, в том числе:
- в 5 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных Комитетом по
контролю в сфере образования и науки Министерства образования и науки
Республики Казахстан;
- в 3 статьях, опубликованных в международных научных изданиях,
входящих в базу данных Scopus и Thomson Reuters, ненулевой импакт-фактор;
- в 11 статьях и тезисах, опубликованных в международных, зарубежных и
республиканских научных конференциях, семинарах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5
разделов, заключения, списка использованных источников. Общий объем
диссертации составляет 132 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 93
рисунков, списка использованных источников 142 наименований.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа