РАСЧЕТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ УДАЛЕНИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

Авторы
Файлы

Пестриков С.В. Исаева О.Ю. Сапожникова Е.Н. Легушс Э.Ф. Красногорская Н.Н. Статья в формате PDF 120 KB Литературные данные по растворимости гидроксидов металлов и рН их осаждения, необходимые для оптимизации процессов очистки природных и промышленных вод, немногочисленны и весьма противоречивы. В данной работе предложен простой метод расчета минимальной растворимости гидроксидов металлов в водной среде, а также значений рН, при которых растворимость минимальна.

Равновесие между гидроксидом состава Me(OH)_n(тв.) (n - степень окисления металла) с насыщенным водным раствором описывается уравнением:

Me(OH)_n(_тв_.) Û Meⁿ⁺ + nOH^- (1)

Помимо реакции (1) над осадком гидроксида металла протекают процессы образования гидроксокомплексов в соответствии со следующим уравнением:

iMеⁿ⁺ + jOH^- Û Mе_i(OH)_j(2)

Количественной хаpaктеристикой таких равновесий служат общие константы образования соответствующих комплексов

Растворимость гидроксидов с насыщенным водным раствором S равна суммарной концентрации всех гидроксокомплексов металла в растворе, образованных в результате растворения осадка:

(3)

Концентрацию иона металла Meⁿ⁺ можно найти из произведения растворимости ПР = [Meⁿ⁺]·[OH^-], а концентрации гидроксокомплексов - из общих констант образования.

Если предположить, что в области минимальной растворимости металл находится в растворе в виде нейтрального гидроксокомплекса Ме(ОН)_n⁰ и соседних комплексов Ме(ОН)_n-1 и Mе(OH)_n+1, то в соответствии с уравнением (3) растворимость гидроксидов Ме(II) и Me (III) будет определяться выражениями:

S^II = [Mе(OH)⁺] + [Mе(OH)₂⁰] + [Mе(OH)₃^-] (4)

S^III = [Mе(OH)₂⁺] + [Mе(OH)₃⁰] + [Mе(OH)₄^-] (5)

С учетом выражений для произведения растворимости и общих констант образования гидроксокомплексов уравнения (4), (5) принимают форму:

S^II = ПР∙b₁₁∙[ОH^-]^-1 +ПР∙b₁₂+ ПР∙b₁₃∙[ОH^-] (6)

S^III= ПР∙b₁₂∙[ОH^-]^-1+ ПР∙b₁₃ + ПР∙b₁₄∙[ОH^-] (7)

Известно, что для ионов металлов растворимость как функция рН проходит через минимум. Значение S_min определяется из условия .

Продифференцировав уравнения (6), (7) по рН, получаем

- ПР∙b₁₁∙[ОH^-]^-2 + ПР∙b₁₃(8)

- ПР∙b₁₂∙[ОH^-]^-2+ ПР∙b₁₄(9)

Очевидно, что уравнение (8) равно нулю при , а уравнение (9) при .

Приблизительный интервал начальных и конечных значений рН, соответствующих S_min можно найти из предположения, что рН_нач. соответствует равенству [Ме(ОН)_n⁰] = [Ме(ОН)_n-1], а рН_кон. - [Ме(ОН)_n⁰]=[Mе(OH)_n+1]. Тогда: для

Ме(ОН)_2(тв.) (10)

для

Ме(ОН)_3(тв.) (11)

Подставляя в уравнения (4), (5) соответствующие [ОН^-], получим выражения для минимальной растворимости гидроксидов Ме(ОН)_2(тв.) и Ме(ОН)_3(тв.):

(12)

(13)

Рассчитанные по уравнениям (12) и (13) значения S_min и значения рН, соответствующие им, для гидроксидов Zn (II), Cu(II), Fe (II), Mn (II), Ni (II), Co (II), Cd(II), Pb (II), Fe (III) и Cr(III) приведены в таблице. Из которой видно, что растворимость гидроксидов изменяется в широких пределах от 5,34·10^-5 моль/л для Pb(OH)₂ до 3,31·10^-10 моль/л для Fe(OH)₃. Проанализировав полученные цифры, гидроксиды металлов по растворимости можно расположить в следующий ряд: Pb²⁺> Zn²⁺ > Cr³⁺ > Co²⁺ > Cd²⁺ > Mn²⁺ > Fe²⁺> Ni²⁺> Cu²⁺ > Fe³⁺.

Таблица 1. Метод расчета минимальной растворимости гидроксидов металлов в водной среде, а также значений рН, при которых растворимость минимальна.

Meⁿ⁺	Упрощенный метод расчета			Полный метод расчета
Meⁿ⁺	Интервал рН	pH_опт.	S_min, моль/л	Интервал рН	pH_опт.	S_min, моль/л
Zn²⁺	7,9 - 11,5	9,7	1,8·10^-6	9,5-10,5	10	1,8·10^-6
Cu²⁺	9,3 - 10,5	9,9	3,1·10^-10	~10	10	3,2·10^-10
Fe²⁺	10,4 - 11,1	10,8	1,0·10^-7	10,5-11	11	1,1·10^-7
Ni²⁺	9,1 - 11,0	10,1	8,2·10^-9	10-10,5	10	8,4·10^-9
Mn²⁺	11,6 - 12,6	12,1	1,6·10^-7	~13	13	1,1·10^-6
Pb²⁺	9,4 - 10,9	10,2	5,3·10^-5	10-10,5	10	6,0·10^-5
Co²⁺	9,2 - 12,7	10,9	3,3·10^-7	10-11,5	11	3,3·10^-7
Cd²⁺	10,3 - 12,9	11,6	2,2·10^-7	11-12	11,5	2,2·10^-7
Fe³⁺	6,3 - 9,6	8,0	3,3·10^-10	7-9	8	3,3·10^-10
Cr³⁺	8,3 - 9,4	8,9	1,6·10^-6	8,5-9	9	1,6·10^-6

Проанализировав таблицу, можно сделать вывод, что значения минимальной растворимости по упрощенному методу, предложенному в данной работе, и полному методу расчета (с учетом всех гидроксокомплексов) пpaктически совпадают для всех металлов, кроме марганца; интервал рН, при котором растворимость минимальна, рассчитанный по упрощенному методу более широкий, чем интервал, рассчитанный по полному методу. Однако по упрощенному методу можно более точно определить рН_опт.

Таким образом, полученные данные позволяют оценить эффективность гидроксидного метода очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, а также усовершенствовать процессы очистки природных и промышленных вод.

РОБАСТНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ДИСКРЕТНОИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ

Статья в формате PDF 126 KB...

01 05 2024 10:30:35

АНТИТРОМБОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ СТЕНКИ СОСУДОВ У НОВОРОЖДЕННЫХ ПОРОСЯТ С АНЕМИЕЙ

Статья в формате PDF 101 KB...

30 04 2024 23:22:29

ПРЯМОЙ МЕТОД ЛЯПУНОВА ДЛЯ ГИПЕРБОЛИЧЕСКОЙ СМЕШАННОЙ ЗАДАЧИ НА ПЛОСКОСТИ

Статья в формате PDF 121 KB...

29 04 2024 1:40:32

МЕХАНИЗМЫ ИНДУКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ И ПАМЯТИ ВОДЫ ПРИ ЕЕ ОБЛУЧЕНИИ НИЗКОИНТЕНСИВНЫМ КВЧ ЭМИ

Статья в формате PDF 300 KB...

28 04 2024 12:36:51

К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИНТЕРАКТИВНЫХ СРЕДСТВ В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ»

Статья в формате PDF 294 KB...

27 04 2024 8:25:59

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН ОТ СТЕПЕНИ НАБУХАНИЯ

Статья в формате PDF 291 KB...

26 04 2024 16:45:53

ПРОГРАММА ОЗДОРОВЛЕНИЯ СТУДЕНТОВ

Статья в формате PDF 107 KB...

25 04 2024 20:44:22

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ОСТРОГО АППЕНДИЦИТА С ТАЗОВОЙ ЛОКАЛИЗАЦИЕЙ И ОСТРОЙ ГИНЕКОЛОГИЧЕСКОЙ ПАТОЛОГИИ

Статья в формате PDF 105 KB...

24 04 2024 8:37:53

Экспериментальный опыт исследования лечебных свойств цеолита «Хонгурин»

Статья в формате PDF 153 KB...

23 04 2024 6:51:20

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЫБНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ДЛЯ ДЕТСКОГО ПИТАНИЯ

Статья в формате PDF 255 KB...

22 04 2024 2:41:19

ПОЛИТОЛОГО-СОЦИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАФОРЫ

Статья в формате PDF 111 KB...

21 04 2024 9:10:25

ЭКОНОМИКА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ (учебник)

Статья в формате PDF 117 KB...

20 04 2024 9:33:12

ДРОЖЖИВОЗБУДИТЕЛИ ПОРЧИ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Статья в формате PDF 106 KB...

19 04 2024 6:58:37

Здоровьесохраняющие технологии в образовательном процессе

Статья в формате PDF 109 KB...

18 04 2024 5:59:17

ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРИПТО-БИБЛИОТЕКИ, СОЗДАННОЙ НА ОСНОВЕ COM-ТЕХНОЛОГИЙ

Статья в формате PDF 273 KB...

17 04 2024 14:44:12

АГРОРЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ЭСПАРЦЕТА И ФАЦЕЛИИ В ЛЕСОСТЕПИ АЛТАЯ

Статья в формате PDF 286 KB...

16 04 2024 10:37:21

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЗЕМЕЛЬНОГО НАЛОГА

Статья в формате PDF 135 KB...

15 04 2024 6:21:30

ГРАНИЦЫ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА

В представленной статье дается попытка разграничения понятия «образовательное прострaнcтво» на основе анализа имеющихся дефиниций и примере формирования целостного образовательного прострaнcтва в профессиональном образовательном учреждении, интегрирующем его начальный, средний и высший уровни. ...