RU2676984C1 - Composition sorbent with magnetic properties for remediation of soils polluted with arsenic-containing compounds - Google Patents
Composition sorbent with magnetic properties for remediation of soils polluted with arsenic-containing compounds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676984C1 RU2676984C1 RU2018112191A RU2018112191A RU2676984C1 RU 2676984 C1 RU2676984 C1 RU 2676984C1 RU 2018112191 A RU2018112191 A RU 2018112191A RU 2018112191 A RU2018112191 A RU 2018112191A RU 2676984 C1 RU2676984 C1 RU 2676984C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arsenic
- sorbent
- magnetite
- magnetic properties
- containing compounds
- Prior art date
Links
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims description 18
- 238000005067 remediation Methods 0.000 title claims description 8
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 title abstract description 30
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 30
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 21
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000002509 fulvic acid Substances 0.000 claims abstract description 9
- PUKLDDOGISCFCP-JSQCKWNTSA-N 21-Deoxycortisone Chemical compound C1CC2=CC(=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@@](C(=O)C)(O)[C@@]1(C)CC2=O PUKLDDOGISCFCP-JSQCKWNTSA-N 0.000 claims abstract description 5
- FCYKAQOGGFGCMD-UHFFFAOYSA-N Fulvic acid Natural products O1C2=CC(O)=C(O)C(C(O)=O)=C2C(=O)C2=C1CC(C)(O)OC2 FCYKAQOGGFGCMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229940095100 fulvic acid Drugs 0.000 claims abstract description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000001495 arsenic compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229940093920 gynecological arsenic compound Drugs 0.000 claims description 6
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 6
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 24
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 abstract description 6
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- WSWCOQWTEOXDQX-MQQKCMAXSA-M (E,E)-sorbate Chemical compound C\C=C\C=C\C([O-])=O WSWCOQWTEOXDQX-MQQKCMAXSA-M 0.000 description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 229940075554 sorbate Drugs 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHUWZNTUIIFHAS-XPWSMXQVSA-N 9-octadecenoic acid 1-[(phosphonoxy)methyl]-1,2-ethanediyl ester Chemical compound CCCCCCCC\C=C\CCCCCCCC(=O)OCC(COP(O)(O)=O)OC(=O)CCCCCCC\C=C\CCCCCCCC MHUWZNTUIIFHAS-XPWSMXQVSA-N 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K Arsenate3- Chemical class [O-][As]([O-])([O-])=O DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000004343 Calcium peroxide Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006318 anionic polymer Polymers 0.000 description 1
- GCPXMJHSNVMWNM-UHFFFAOYSA-N arsenous acid Chemical class O[As](O)O GCPXMJHSNVMWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- LHJQIRIGXXHNLA-UHFFFAOYSA-N calcium peroxide Chemical compound [Ca+2].[O-][O-] LHJQIRIGXXHNLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019402 calcium peroxide Nutrition 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003864 humus Substances 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical class [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 239000002069 magnetite nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229940047047 sodium arsenate Drugs 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/0203—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
- B01J20/0225—Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
- B01J20/0229—Compounds of Fe
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
- B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения анионоактивных полимерных сорбентов с магнитными свойствами и может быть использовано для локализации мышьяксодержащих соединений и предусматривает возможность последующей детоксикации земель различного назначения.The invention relates to the field of production of anionic polymer sorbents with magnetic properties and can be used to localize arsenic-containing compounds and provides for the possibility of subsequent detoxification of lands for various purposes.
Известно, что для сорбции анионных форм загрязнителей в почве (арсенаты и арсениты) [1, 2], находят применение сапропель и торф - природные материалы, обладающие анионной сорбционной способностью. Эти природные материалы характеризуются непостоянством состава в зависимости от происхождения материала, партии, а следовательно, различными сорбционными характеристиками и даже направленностью, что является существенным недостатком при применении их в качестве сорбентов в процессах ремедиации почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями.It is known that for sorption of anionic forms of pollutants in soil (arsenates and arsenites) [1, 2], sapropel and peat are found to be used - natural materials with anionic sorption ability. These natural materials are characterized by inconstancy of the composition depending on the origin of the material, batch, and consequently, various sorption characteristics and even directivity, which is a significant drawback when used as sorbents in the processes of remediation of soils contaminated with arsenic compounds.
Известен сорбент для мелиорации почв на основе сапропеля, цеолита и глинозема [3], но он малоэффективен в отношении элементов с переходной валентностью, в частности мышьяка. Для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком был предложен сорбент на основе диатомита, обработанного солями железа(III) и голубой глины [4]. Основным недостатком является его многокомпонентность и ограничения по доступности компонентов (диатомита или голубой глины), а сам процесс получения сорбента является трудозатратным и энергоемким.Known sorbent for land reclamation based on sapropel, zeolite and alumina [3], but it is ineffective in relation to elements with a transition valency, in particular arsenic. For the detoxification of soils contaminated mainly with arsenic, a sorbent based on diatomite treated with iron (III) and blue clay salts was proposed [4]. The main disadvantage is its multicomponent nature and limitations on the availability of components (diatomite or blue clay), and the sorbent production process itself is labor-consuming and energy-intensive.
Известен сорбент активный по отношению к мышьяксодержащим веществам, в составе которого используется опока, обработанная хлоридом железа(III) с добавлением пероксида кальция [3], позволяющий снижать содержание водорастворимых форм мышьяка в почве от 90% до 95% и иммобилизацию соединений мышьяка(V) на алюмосиликатах опоки. Недостатком данного состава является невысокая комплексообразующая способность состава, что не позволяет обеспечивать эффективную локализацию мышьяксодержащих соединений в пределах зоны действия искусственного геохимического барьера.Known sorbent active in relation to arsenic-containing substances, the composition of which uses a flask treated with iron (III) chloride with the addition of calcium peroxide [3], which allows to reduce the content of water-soluble forms of arsenic in the soil from 90% to 95% and immobilization of arsenic compounds (V) on flask aluminosilicates. The disadvantage of this composition is the low complex-forming ability of the composition, which does not allow for the effective localization of arsenic-containing compounds within the zone of action of the artificial geochemical barrier.
Следует отметить, что все эти составы не обладают магнитными свойствами, что исключает использование магнитных способов ремедиации почв загрязненных мышьяксодержащими соединениями.It should be noted that all these compositions do not possess magnetic properties, which excludes the use of magnetic methods of remediation of soils contaminated with arsenic-containing compounds.
В основе композиционных сорбентов с высокой сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам и радионуклеидам, а также обладающими магнитными свойствами [5, 6] предлагается использовать соединения железа (гидроксидов железа, высокодисперсного магнетита) в матрице полимерных материалов. В качестве матриц используются полимеры:It is proposed to use iron compounds (iron hydroxides, highly dispersed magnetite) in the matrix of polymeric materials as the basis of composite sorbents with high sorption ability with respect to heavy metals and radionuclides, as well as with magnetic properties [5, 6]. The matrices used are polymers:
- искусственные - полистерол, эпоксиполиамид [7] и синтетические кислоты [8];- artificial - polystyrene, epoxy polyamide [7] and synthetic acids [8];
- природные - гуминовые кислоты и их соли [9].- natural - humic acids and their salts [9].
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является композит, включающий в качестве компонентов наночастицы магнетита, синтезированные в матрице природного полимерного связующего, в качестве которого использованы полифункциональные гуминовые кислоты при массовом соотношении магнетита и гуминовых кислот (ГК) в составе композита от 1:4 до 4:1. Однако этот композит имеет низкую сорбционную активность по отношению к мышьяксодержащим соединениям, находящихся в почве в анионной форме [10]. Сорбционная емкость сорбента по мышьяксодержащим соединениям при соотношении магнетита и ГК в составе композита от 1:4 до 4:1 не превышает от 1000 мг/кг. Осуществление сорбции мышьяксодержащих соединений связано с высокими потерями сорбента.The closest in technical essence to the claimed invention is a composite, comprising as components magnetite nanoparticles synthesized in a matrix of natural polymer binder, which are used multifunctional humic acids with a mass ratio of magnetite and humic acids (HA) in the composition of the composite from 1: 4 to 4: 1. However, this composite has low sorption activity with respect to arsenic-containing compounds in the soil in anionic form [10]. The sorption capacity of the sorbent for arsenic-containing compounds with a ratio of magnetite and HA in the composition of the composite from 1: 4 to 4: 1 does not exceed 1000 mg / kg. The implementation of the sorption of arsenic-containing compounds is associated with high losses of the sorbent.
Технической задачей заявленного изобретения является разработка эффективного анионактивного композиционного сорбента с использованием биосовместимых природных полимеров, приданием им высокой сорбционной емкости по отношению к мышьяксодержащим соединениям и магнитных свойств с целью использования для магнитной ремедиации почв.The technical task of the claimed invention is the development of an effective anionic composite sorbent using biocompatible natural polymers, giving them a high sorption capacity with respect to arsenic compounds and magnetic properties in order to use them for magnetic soil remediation.
Поставленная задача решается тем, что композиционный сорбент с магнитными свойствами для ремедиации почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, содержащий высокодисперсный магнетит, синтезированный в матрице природного полимерного связующего, а в качестве полимерного связующего используют полифункциональные фульвовые кислоты при массовом соотношении магнетита и фульвовой кислоты от 4:1 до 6:1.The problem is solved in that a composite sorbent with magnetic properties for remediation of soils contaminated with arsenic compounds, containing highly dispersed magnetite synthesized in a matrix of natural polymer binder, and polyfunctional fulvic acids with a mass ratio of magnetite and fulvic acid of 4: 1 are used as a polymer binder up to 6: 1.
Получение ГК и фульвовой кислоты (ФК) из гумусосодержащих образцов (почвы, торфа, баластного гумата) осуществляли их экстракцией с использованием водно-щелочнго раствора пирофосфоната натрия, с последующей фильтрацией и подкислением щелочного экстракта гуминовых веществ почвы до рН 1,5-2,0, что позволяло переводить ГК в твердое состояние. Полученные ГК фильтровали, промывали дистиллированной водой, растворяли водным раствором аммиака и упаривали. Из полученного фильтрата ФК (фульвовые кислоты и их аммонийные соли) выделяли на колонках с активированным углем. В качестве элюента использовали ацетон и 3%-ный водный раствор аммиака. ИК-спектральными исследованиями фракций ФК и ГК и оценкой их физико-химических характеристик (растворимость в кислотах и щелочах) подтверждалась достоверность получения этих полифункциональных соединений [11, 12].The preparation of HA and fulvic acid (FA) from humus-containing samples (soil, peat, ballast humate) was carried out by their extraction using an aqueous-alkaline solution of sodium pyrophosphonate, followed by filtration and acidification of an alkaline extract of humic soil substances to pH 1.5-2.0 , which allowed us to transfer the HA to a solid state. The resulting HA was filtered, washed with distilled water, dissolved in aqueous ammonia, and evaporated. From the obtained filtrate, FCs (fulvic acids and their ammonium salts) were isolated on activated carbon columns. Acetone and a 3% aqueous ammonia solution were used as eluent. IR spectral studies of the fractions of FC and HA and the assessment of their physicochemical characteristics (solubility in acids and alkalis) confirmed the reliability of the preparation of these polyfunctional compounds [11, 12].
В таблице 1 представлены результаты оценки содержания наиболее реакционных групп в образцах ГК и ФК [13].Table 1 presents the results of evaluating the content of the most reactionary groups in the samples of HA and FC [13].
По результатам, представленным в таблице 1, следует, что использование в качестве композиционной составляющей сорбента ФК с более высоким содержанием реакционно способных карбоксильных, алкоксильных групп и значением общей кислотности, чем в ГК, при взаимодействии магнетитом, позволяет создавать большее количество анионоактивных центров, тем самым увеличивает сорбционную емкость по мышьяку.According to the results presented in table 1, it follows that the use of a FC sorbent with a higher content of reactive carboxyl, alkoxyl groups and a total acidity than in HA, when interacting with magnetite, allows the creation of a larger number of anionic centers, thereby increases sorption capacity for arsenic.
С другой стороны использование в качестве железосодержащего компонента высокодисперсного магнетита Fe3O4 придает магнитные свойства сорбенту. Остаточная намагниченность магнетита Fe3O4 составляет 384 Гс [14]. Это позволят после сорбции мышьяксодержащих соединений композиционным сорбентом, образующийся конгломерат мышьяк-сорбент, удалять методами магнитной ремедиации почв.On the other hand, the use of finely dispersed magnetite Fe 3 O 4 as the iron-containing component imparts magnetic properties to the sorbent. The residual magnetization of magnetite Fe 3 O 4 is 384 G. [14]. This will allow, after sorption of arsenic-containing compounds by a composite sorbent, the arsenic-sorbent conglomerate formed, to be removed by magnetic soil remediation methods.
Композиционный сорбент по заявленному изобретению получают путем последовательного синтеза высокодисперсного магнетита методом соосаждения из водных растворов хлоридов железа(II) и (III) в водно-щелочной среде (NH4OH) и введением водного раствора ФК в сформировавшуюся дисперсию в соотношениях к магнетиту от 1:4 до 1:6, с последующей сонолитической обработкой реакционной массы в течение 2 ч. Полученный композиционный сорбент отфильтровывают и сушат.The composite sorbent according to the claimed invention is obtained by sequential synthesis of finely dispersed magnetite by coprecipitation from aqueous solutions of iron (II) and (III) chlorides in an aqueous alkaline medium (NH 4 OH) and introducing an aqueous solution of FC into the formed dispersion in ratios from 1: 4 to 1: 6, followed by sonolytic treatment of the reaction mass for 2 hours. The resulting composite sorbent is filtered off and dried.
Эффективность сорбента на основе ФК-магнетит по мышьяксодержащим соединениям изучали в статическом режиме без обогрева, при перемешивании в течение 4 ч, в диапазоне концентраций мышьяка в сорбате от 5 до 480 мг/л. Степень сорбции водорастворимой формы мышьяка оценивали методом «введено-найдено». Концентрацию мышьяка в сорбенте определяли рентгенофлюоресцентным методом.The efficiency of the sorbent based on FC magnetite for arsenic containing compounds was studied in a static mode without heating, with stirring for 4 h, in the range of arsenic concentrations in the sorbate from 5 to 480 mg / L. The degree of sorption of the water-soluble form of arsenic was assessed by the "introduced-found" method. The concentration of arsenic in the sorbent was determined by x-ray fluorescence method.
Математическая обработка экспериментальных данных позволяет установить, что предельная сорбционная емкость предлагаемого сорбента составляет 14,6 г/кг для сорбента, получаемого с использованием в качестве полимерного связующего ФК. Сорбционная емкость композиционного анионактивного сорбента увеличивается не менее чем в 10 раз по сравнению сорбентом на основе ГК-магнетит. Увеличение степени поглощения мышьяксодержащих соединений приводит к снижению содержания подвижных форм мышьяка от 90% до 95%, а предельная сорбционная емкость составляет 14,6 г/кг.Mathematical processing of experimental data allows us to establish that the maximum sorption capacity of the proposed sorbent is 14.6 g / kg for the sorbent obtained using FC as a polymer binder. The sorption capacity of the composite anionic sorbent increases by at least 10 times compared with the sorbent based on HA magnetite. An increase in the degree of absorption of arsenic-containing compounds leads to a decrease in the content of mobile forms of arsenic from 90% to 95%, and the maximum sorption capacity is 14.6 g / kg.
Динамику извлечения подвижного мышьяка изучали на водных растворах арсената натрия с концентрацией 70 мг/л при температуре 20°С при постоянном перемешивании. Время контакта сорбата и сорбента варьировали от 15 до 180 мин.The dynamics of extracting mobile arsenic was studied in aqueous solutions of sodium arsenate with a concentration of 70 mg / L at a temperature of 20 ° C with constant stirring. The contact time of the sorbate and sorbent varied from 15 to 180 minutes.
Результаты экспериментов по оценке динамики сорбции мышьяка композиционным сорбентом на основе ФК-магнетит и определение его сорбционных характеристик при соотношении 1:4 и 1:6 приведены на фигурах 1 и 2.The results of experiments to assess the dynamics of sorption of arsenic by a composite sorbent based on FC magnetite and the determination of its sorption characteristics at a ratio of 1: 4 and 1: 6 are shown in figures 1 and 2.
Изменение специфических магнитных свойств, полученных образцов, осуществляли в процессе проведения экспериментальных работ по определению их предельной сорбционной емкости. После достижения равновесного распределения мышьяка в сорбенте и сорбате, образующегося отделение конгломерата загрязнитель-сорбент проводили декантированием под действием магнитного поля с постоянной магнитной напряженностью [8].Changing the specific magnetic properties of the obtained samples was carried out in the process of conducting experimental work to determine their maximum sorption capacity. After reaching the equilibrium distribution of arsenic in the sorbent and sorbate, the resulting conglomerate separation, the pollutant-sorbent was decanted under the influence of a magnetic field with constant magnetic intensity [8].
Поскольку осаждение образцов происходит под действием силы, величина которой пропорциональна значению намагниченности вещества (намагниченность насыщения, магнитный момент насыщения), то скорость или время осаждения образцов, помещенных в это магнитное поле, является сравнительной характеристикой магнитных свойств образцов различного состава. В качестве образца сравнения был выбран образец с соотношением Fe3O4:ГК - 4:1 и характеризующийся значением намагниченности насыщения 65 Гс [9] и временем осаждения 100 с. В таблице 2 представлены результаты экспериментов по оценке основных сорбционных и магнитных свойств композиционного сорбента состава n Fe3O4⋅m ФК, где n - весовое соотношение магнетита к ФК - составляет от 4 до 6; m - весовое соотношение ФК к магнетиту -составляет 1 для композиционного сорбента и 0 для магнетита.Since the deposition of samples occurs under the action of a force proportional to the value of the magnetization of the substance (saturation magnetization, saturation magnetic moment), the rate or time of deposition of samples placed in this magnetic field is a comparative characteristic of the magnetic properties of samples of various compositions. A sample with a ratio of Fe 3 O 4 : HA - 4: 1 and characterized by a saturation magnetization of 65 G [9] and a deposition time of 100 s was chosen as the comparison sample. Table 2 presents the results of experiments to evaluate the main sorption and magnetic properties of a composite sorbent of the composition n Fe 3 O 4 ⋅m FC, where n is the weight ratio of magnetite to FC - from 4 to 6; m is the weight ratio of FC to magnetite — it is 1 for a composite sorbent and 0 for magnetite.
Как следует из результатов, представленных в таблице 2, полученные композиционные сорбенты состава nFe3O4⋅m ФК, где n - 4, 5, 6, а m - 1, проявляют свойства высокоэффективного сорбента мышьяксодержащих соединений и специфические свойства магнитного материала. Для них характерна гидролитическая устойчивость, что обеспечивает небольшие потери активного материала.As follows from the results presented in table 2, the obtained composite sorbents of the composition nFe 3 O 4 ⋅m FC, where n - 4, 5, 6, and m - 1, exhibit the properties of a highly efficient sorbent of arsenic compounds and the specific properties of magnetic material. They are characterized by hydrolytic stability, which ensures small losses of the active material.
Все полученные, согласно изобретению, композиционные анионактивные сорбенты обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к мышьяку и обладают достаточно высокими магнитными характеристиками.All obtained, according to the invention, composite anionic sorbents have a high sorption capacity with respect to arsenic and have sufficiently high magnetic characteristics.
Технический результат состоит в том, что с возрастанием степени наполнения магнетитом композиционного сорбента эффективность сорбции анионных загрязнителей (мышьяк) возрастает, и по сравнению с сорбентом-аналогом, предлагаемый сорбент повышает эффективность очистки более чем в 10 раз (по сорбционной емкости), кроме того для него характерно наличие магнитных свойств.The technical result consists in the fact that with an increase in the degree of filling with magnetite of a composite sorbent, the efficiency of sorption of anionic pollutants (arsenic) increases, and compared with the sorbent-analogue, the proposed sorbent increases the cleaning efficiency by more than 10 times (in sorption capacity), in addition to it is characterized by the presence of magnetic properties.
Таким образом, предлагаемые композиционные сорбенты, обладая высокой сорбционной способностью (предельная сорбционная емкость составляет 14,6 г/кг, намагниченность насыщения полученных сорбентов составляет более 65 Гс, содержание в почве подвижных анионоактивных форм мышьяка снижаются от 90% до 95%), могут быть применены как перспективные ремедиационные материалы в технологии извлечения мышьяксодержащих соединений из почвы и при очистке воды, загрязненных мышьяком.Thus, the proposed composite sorbents, having a high sorption capacity (the maximum sorption capacity is 14.6 g / kg, the saturation magnetization of the obtained sorbents is more than 65 G, the content of mobile anionic forms of arsenic in the soil decreases from 90% to 95%), can be used as promising remediation materials in the technology for the extraction of arsenic-containing compounds from the soil and in the treatment of water contaminated with arsenic.
Литературные источникиLiterary sources
1. Бабошкина С.В. Мышьяк в компонентах окружающей среды Алтая [Текст]: дис.… канд. биолог. наук: 03.00.07: защищена 07.04.05: утв. 15.10.07 / Бабошкина Светлана Вадимовна. - Новосибирск, 2005. - 160 с. - 61 05-3/1194.1. Baboshkina S.V. Arsenic in the environmental components of Altai [Text]: dis. ... cand. biologist. Sciences: 03.00.07: protected 07.04.05: approved. 10/15/07 / Baboshkina Svetlana Vadimovna. - Novosibirsk, 2005 .-- 160 s. - 61 05-3 / 1194.
2. Московкина Л.И. Детоксикация загрязненных мышьяком почв природными сорбентами, их смесями и модификациями [Текст]: дис.… канд. биолог, наук: 06.01.02: защищена 22.02.12: утв. 25.03.12 / Московкина Людмила Игоревна. - Рязань: (ГНУ ВНИИГиМ) Россельхозакадемия им. А.Н. Костякова 2012. - 153 с. - 006.038.0161.2. Moskovkina L.I. Detoxification of arsenic-contaminated soils with natural sorbents, their mixtures and modifications [Text]: dis. ... cand. biologist, sciences: 01/06/02: protected 02/22/12: approved. 03/25/12 / Moskovkina Lyudmila Igorevna. - Ryazan: (GNU VNIIGiM) Russian Agricultural Academy. A.N. Kostyakova 2012 .-- 153 p. - 006.038.0161.
3. Пат. №2049107 РФ, МПК С09К 17/00. Состав для мелиорации почв «Сорбекс» [Текст] / Столяров А.И., Кирейчева Л.В., Глазунова И.В.; заявитель и патентообладатель Научно-техническая фирма «Экспертные системы». -92000596/15; заявл. 15.10.1992; опубл. 27.11.1995.3. Pat. No. 2049107 of the Russian Federation, IPC S09K 17/00. Composition for soil reclamation “Sorbex” [Text] / Stolyarov A.I., Kireicheva L.V., Glazunova I.V .; Applicant and patent holder Scientific and Technical Firm “Expert Systems”. -92000596/15; declared 10/15/1992; publ. 11/27/1995.
4. Пат. №2471849 РФ, МПК С09К 17/00. Состав для дектоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком [Текст] / Кирейчева Л.В., Московкина Л.И., Хохлова О.Б.; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИИ-ГиМ им. Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук. - №2011128804/05; заявлено 13.07.2011; опубл. 10.01.2013.4. Pat. No. 2471849 of the Russian Federation, IPC S09K 17/00. Composition for the detoxification of soils contaminated mainly with arsenic [Text] / Kireicheva LV, Moskovkina LI, Khokhlova OB; applicant and patentee GNU VNII-GiM them. Kostyakova of the Russian Academy of Agricultural Sciences. - No. 2011128804/05; claimed 07/13/2011; publ. 01/10/2013.
5. Юрищева А.А., Кыдралиева К.А., Тимофеев М.А., и др. Нанокомпозитный сорбент для очистки природных сред и его экотоксикологическая оценка [Текст] / Экология и промышленность России, сентябрь 2011. - С. 50-53.5. Yurishcheva AA, Kydralieva KA, Timofeev MA, et al. Nanocomposite sorbent for the purification of natural environments and its ecotoxicological assessment [Text] / Ecology and industry of Russia, September 2011. - P. 50- 53.
6. Pristley A. Magnetic Separation News, 1983, v. 1. - P. 5.6. Pristley A. Magnetic Separation News, 1983, v. 1. - P. 5.
7. №94025664 RU, 27.06.1996.7. No. 94025664 RU, 06.27.1996.
8. Пат. №2399978 RU, МПК H01F 1/28. Способ получения магнитной жидкости [Текст] / Грабовский Ю.П., Лисин А.В.; заявитель и патентообладатель НИПИгазпереработка. - №2008145860/02; публ. заявки 27.05.2010.8. Pat. No. 2399978 RU, IPC H01F 1/28. The method of obtaining magnetic fluid [Text] / Grabovsky Yu.P., Lisin A.V .; applicant and patent holder NIPIgazpererabotka. - No.2008145860 / 02; publ. applications 05/27/2010.
9. Пат. №2547496 RU, МПК B01J 20/06, B01J 20/26, B01J 20/30. Магнитный композиционный сорбент [Текст] / Кыдралиева К.А., Юрищева А.А., Помогайло А.Д. и др.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Московский авиационный институт.- 200132355/13; заявл. 25.12.2000; опубл. 20.02.2003. Бюл. 5.9. Pat. No. 2547496 RU, IPC B01J 20/06, B01J 20/26, B01J 20/30. Magnetic composite sorbent [Text] / Kydralieva K.A., Yurishcheva A.A., Pomogailo A.D. and etc.; Applicant and patent holder FGBOU VPO Moscow Aviation Institute. - 200132355/13; declared 12/25/2000; publ. 02/20/2003. Bull. 5.
10. Шумилов М.А., Набокова О.С., Петров В.Г. Особенности поведения техногенного мышьяка в природных объектах [Текст] / Химическая физика и мезоскопия. - 2011. - Т. 13. - №2. - С.262-269.10. Shumilov M.A., Nabokova O.S., Petrov V.G. Features of the behavior of technogenic arsenic in natural objects [Text] / Chemical physics and mesoscopy. - 2011. - T. 13. - No. 2. - S.262-269.
11. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д. Спектрометрическая идентификация органических соединений [Текст]. - М.: «Мир», «БИНОМ Лаборатория знаний». - 2011.11. Silverstein R., Webster F., Kim D. Spectrometric identification of organic compounds [Text]. - M.: “World”, “BINOM Laboratory of Knowledge”. - 2011.
12. Аввакумова Н.П. Некоторые особенности функционально-группового состава гумусовых кислот пелоидов [Текст] / Н.П. Аввакумова, М.А. Кривопалова, И.В. Фомин, А.В. Жданова // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. - 2010. - №1. - С. 24-27.12. Avvakumova N.P. Some features of the functional-group composition of humic acids of peloids [Text] / N.P. Avvakumova, M.A. Krivopalova, I.V. Fomin, A.V. Zhdanova // Questions of biological, medical and pharmaceutical chemistry. - 2010. - No. 1. - S. 24-27.
13. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв [Текст]. - М.: Изд-во МГУ, 1974. - 287 с.13. Orlov D.S. Soil humic acids [Text]. - M.: Publishing House of Moscow State University, 1974. - 287 p.
14. Тикадзуми С.Физика ферромагнетизма. Магнитные свойства вещества [Текст] / Под ред. Г.А. Смоленского и Р.В. Писарева. - М.: Изд-во Мир, 1983. - 304 с.14. Tikazumi S. Physics of ferromagnetism. Magnetic properties of a substance [Text] / Ed. G.A. Smolensky and R.V. Pisarev. - M.: Mir Publishing House, 1983. - 304 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112191A RU2676984C1 (en) | 2018-04-04 | 2018-04-04 | Composition sorbent with magnetic properties for remediation of soils polluted with arsenic-containing compounds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112191A RU2676984C1 (en) | 2018-04-04 | 2018-04-04 | Composition sorbent with magnetic properties for remediation of soils polluted with arsenic-containing compounds |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676984C1 true RU2676984C1 (en) | 2019-01-14 |
Family
ID=65025107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018112191A RU2676984C1 (en) | 2018-04-04 | 2018-04-04 | Composition sorbent with magnetic properties for remediation of soils polluted with arsenic-containing compounds |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676984C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2826365C2 (en) * | 2022-08-29 | 2024-09-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Method of producing magnetic composite sorbent |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7029202B2 (en) * | 2002-07-22 | 2006-04-18 | Zhuang J Ming | Method for treating metal-contaminated water and soil |
| RU2549496C1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АлексАнн" | Homeopathic medicinal product having stress-protective and growth-stimulating effect, regulating metabolism in young farm animals and poultry |
-
2018
- 2018-04-04 RU RU2018112191A patent/RU2676984C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7029202B2 (en) * | 2002-07-22 | 2006-04-18 | Zhuang J Ming | Method for treating metal-contaminated water and soil |
| RU2549496C1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АлексАнн" | Homeopathic medicinal product having stress-protective and growth-stimulating effect, regulating metabolism in young farm animals and poultry |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Philip Anngo Krisbiantoro et al., Synthesis of Fulvic-Coated Magnetite and its Application for the Reductive Adsorption, Indones. J. Chem., 2017, 17 (3), 453-460. Youlian Zhou et al., Effect of metal cations on Fulvic acid adsorption onto natural iron oxide in iron pelletizing process, Powder Technology, 302, 2016, 90-99. Jie Zhang et al., Adsorption and desorbtion of divalent mercury on humic and fulvic acid extracted from typical soils in China, Colloids and Surfaces A: Phisicochem. Eng. Aspects, 335, 2009, 194-201. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2826365C2 (en) * | 2022-08-29 | 2024-09-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) | Method of producing magnetic composite sorbent |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Saravanan et al. | Adsorption characteristics of magnetic nanoparticles coated mixed fungal biomass for toxic Cr (VI) ions in aquatic environment | |
| Rathod et al. | Efficient removal of phosphate from aqueous solutions by red seaweed, Kappaphycus alverezii | |
| Sdiri et al. | Adsorption of copper and zinc onto natural clay in single and binary systems | |
| Dundar et al. | Biosorption of Cu (II) ions onto the litter of natural trembling poplar forest | |
| Shaker | Dynamics and thermodynamics of toxic metals adsorption onto soil-extracted humic acid | |
| Guibaud et al. | Lead and cadmium biosorption by extracellular polymeric substances (EPS) extracted from activated sludges: pH-sorption edge tests and mathematical equilibrium modelling | |
| Srivastava et al. | Biosorption isotherms and kinetics on removal of Cr (VI) using native and chemically modified Lagerstroemia speciosa bark | |
| Zhou et al. | Understanding key constituents and feature of the biopolymer in activated sludge responsible for binding heavy metals | |
| Erdem et al. | Preparation and characterization of tannic acid resin: study of boron adsorption | |
| Bayramoglu et al. | Aminopyridine modified Spirulina platensis biomass for chromium (VI) adsorption in aqueous solution | |
| De Martino et al. | Adsorption of phenols from olive oil waste waters on layered double hydroxide, hydroxyaluminium–iron-co-precipitate and hydroxyaluminium–iron–montmorillonite complex | |
| Kim et al. | Removal of anionic arsenate by a PEI-coated bacterial biosorbent prepared from fermentation biowaste | |
| Mohamed et al. | Adsorptive recovery of arsenic (III) ions from aqueous solutions using dried Chlamydomonas sp. | |
| Younis et al. | Novel eco-friendly amino-modified nanoparticles for phenol removal from aqueous solution | |
| Ilyas et al. | Removal of Cr (VI) from aqueous solutions using peanut shell as adsorbent | |
| Bekchanov et al. | Polyvinylсhloride‐based anion exchanger for efficient removal of chromium (VI) from aqueous solutions | |
| Arshad et al. | Indigenous waste plant materials: An easy and cost-effective approach for the removal of heavy metals from water | |
| Philippou et al. | Pine needle–derived biochar adsorbents for removal of Sm (III) and competitive toxic metals from model aqueous matrices. | |
| Chang et al. | Removal of As (III) and As (V) by natural and synthetic metal oxides | |
| Panahi et al. | Biosorption of Malachite Green dye by the brown alga Dictyota cervicornis: Kinetics and isotherm study | |
| RU2676984C1 (en) | Composition sorbent with magnetic properties for remediation of soils polluted with arsenic-containing compounds | |
| Promariya et al. | Biosorption of iron (III) from aqueous solution by dried biomass of Synechocystis sp. PCC 6803 | |
| Kano et al. | Biosorption of chromium from aqueous solution using chitosan | |
| Syafalni et al. | New approach of heavy metal (chromium, iron, copper and nickel) removal using surfactant modified zeolite for tin mining wastewater | |
| Daneshvar et al. | Application of response surface methodology for the biosorption of Acid Blue 25 dye using raw and HCl-treated macroalgae |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200405 |