Буферные свойства торфа некоторых месторождений Кировской области

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Порина Н. В., Буторин К. Ю., Фокина А. И. Буферные свойства торфа некоторых месторождений Кировской области // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2017. – Т. 39. – С. 1451–1455. – URL: http://e-koncept.ru/2017/970617.htm.
Аннотация. Статья посвящена изучению буферных свойств торфа различных месторождений Кировской области, оценке кислотно-основной буферной емкости изучаемых образцов торфа и способности связывать ионы металлов из растворов с различной кислотностью с целью возможного использования его в качестве сорбента.
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Буторин Кирилл Юрьевич,магистр, ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», г.Кировае954@lenta.ru

Порина Наталья Вячеславовна,студент, ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», г.Кировporinanatalja@yandex.ru

Фокина Анна Ивановна,кандидат биологическихнаук, доцент кафедры фундаментальной химии и методики обучения химии ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», г.Кировannushkafokina@mail.ru

Буферные свойства торфа некоторых месторождений Кировской области

Аннотация.Статья посвящена изучению буферных свойств торфа различных месторождений Кировской области.Оценке кислотноосновной буферной емкости изучаемых образцов торфа и способности связывать ионы металлов из растворов с различной кислотностью,с целью возможности использования его в качестве сорбента.Ключевые слова: торф, буферные свойства, тяжелые металлы, сорбент.

Для территории Кировской области характерна большая распространенность болотных массивов, но наиболее заболоченными являются северные, центральные и западные районы. Торфяные болота в Кировской области занимают площадь 274тыс. га. При этом преобладают низинные болота. Изза однородности состава и широкого распространения они являются перспективным источником такого недорого сырья как торф, для получения промышленных сорбентов и др. [1, 2].Важнейшей областью применения торфа и удобрений из него, существенно повышающих продуктивность почв, является сельское хозяйство и садоводство. В последние годы верховой торф стал активно применяться в экологии и природоохранных технологиях. На залежах торфа можно выращивать торфодерновые ковры для озеленения, зеленого строительства и борьбы с ветровой эрозией, закрепления откосов в дорожном строительстве. Из торфа получают торфяные фильтрующие элементы, сорбенты, обладающие высокой нефтемаслоемкостью. Торф применяют в медицине и строительстве [3].Вместе с тем, такие свойства торфа, как многокомпонентный и полифункциональный состав, обеспечивающие возможность реализации различных механизмов связывания поллютантов, затрудняют теоретическое прогнозирование сорбционных свойств торфа по отношению к ТМ (тяжёлым мeталлам) и делают необходимым экспериментальное изучение сорбции приоритетных неорганических поллютантов –тяжелых металлов.Hекоторыеместорождения в области использования в качестве сорбентов не изучены, поэтому для того, чтобы делать заключение о возможности использования торфа этих месторождений в качестве сорбента, необходимо изучить его буферные свойства. Однако сточные воды, чаще всего обладают далеко не нейтральным уровнем рН, поэтому изучали способность поддерживать рН и поглощать ТМ [4].Цeлью работы являлось исслeдованиeторфа различыxмeсторождeний по отношeнию к ТМ для использования в качeствeсорбeнта. Для сравнения брали образцы торфа, отобранные вблизи п. Зенгино Оричевского района (действующая добыча торфа для сельскохозяйственных целей) и образцы низинного торфа вблизи с. Чистополье Котельничского района (добыча не ведется, и не велась, используется в малых количествах местными жителями в сельскохозяйственных целях).Для провeдeния анализа брали навeски торфа массой 5 г, заливали растворами солей ТМ (CuSO4*5H2O, Pb(CH3COO)2*2H2O) в соотношении торф:раствор равном 1:10. Концентрации исходных растворов меди, свинца составляли 0,02; 0,05; 0,08; 0,1; 0,3; 0,5 и 1,0 ммоль/л. Значения рН в растворах солей приведены в таблице 1.Таблица 1Кислотность растворов солей до контакта с торфом

Концентрация соли,Ме2+, ммоль/лрН раствора соли меди до контакта с образцами торфарН раствора соли свинца до контакта с образцами торфа14,8±0,15,3±0,10,5

0,3

0,25,3±0,15,1±0,10,08

0,05

0,025,3±0,15,1±0,1

Выбор данного интервала концентраций ТМ обусловлен уровнем загрязнения торфа исследуемыми металлами и возможным содержанием ТМ в сточных водах. Суспензию взбалтывали и оставляли на сутки, после чего фильтровали [5]. Фильтрат анализировали мeтодом ИВА (инвeрсионной вольтампeромeтрии).Таблица 2Влияние концентрации сульфата меди(II) на накопление меди в торфеВариант, Сисх.Me2+, ммоль/лМесторождение вблизи п. ЗенгиноМесторождение вблизи с.ЧистопольеСост.Сu2+, мкмоль/лСост.Pb2+, мкмоль/лСост.Сu2+, мкмоль/лСост.Pb2+, мкмоль/л120±697,7±3,9*5,8±2,0 99,4±3,9*5,6±2,099,43±4,0*4,3±1,499,5±4,0*0,55,8±2,298,9±4,0*5,8±2,098,8±4,0*1,1±0,399,8±4,0*1,9±0,699,6±4,0*0,36,09±2,0398,2±3,9*5,3±1,7 98,2±3,9*0,6±0,299,8±4,0*1,1±0,499,6±4,0*0,22,3±0,798,7±3,9*0,2±0,0799,9±3,8*0,6±0,299,8±4,0*0,6±0,299,7±4,0*0,081,9±0,697,6±3,8*0,2±0,0799,7±3,9*0,6±0,299,5±3,9*0,24±0,0799,3±3,9*0,052,3±0,794,6+3,8*0,2±0,0799,6±3,8*0,6±0,298,7±4,0*0,24±0,0799,5±4,0*0,020,03±0,01100*0,2±0,0799,0±3,8*0,6±0,297,7±3,9*0,14±0,0599,3±3,9*Контроль, вода0,03±0,010,2±0,07не обнаружено0,14±0,05

«*»–степень извлечения ионов металла из раствора, %.Из полученных данных мы видим, что концентрация ионов металла (Cu2+) в растворе после контакта с торфом уменьшилась при разных исходных концентрациях в 45–100 раз (п. Зенгино) и 33–500 раз (с. Чистополье). Из таблицы следует, что концeнтрация ионов свинца умeньшалась после контакта с торфом из месторождения вблизи п. Зенгино в 170–1000 раз, а с торфом из месторождения вблизи с. Чистополье –в 230–1300 раз. Таким образом ионы свинца торф поглощаeт сильнee, чeм ионы меди.Степень извлечения ионов металлов из растворов приближается во всех вариантах к 100%.Способность связывать ионы ТМ основано на присутствии в структуре торфа таких ковалентносвязанных с матрицей функциональных групп (гидроксильные, карбоксильные, аминные, пептидные), удерживающих ионы ТМ, а также полимолекулярных ассоциатов, характеризующихся более или менее определенной организацией на макроуровне: гуминовых кислот и лигнина [6].Однако при использовании торфа в качестве сорбента для очистки сточных вод, например, метталлоперерыбатывающегопредприятия, сорбент может оказаться в условиях кислотности, отличающейся от той, которая обусловлена просто гидролизом солей. Поэтому в нашем исследовании необходимо было оценить кислотноосновную буферную емкость изучаемых образцов торфа и способность связывать ионы металлов из кислых растворов, например, с рН = 3 (создавали раствором уксусной кислоты).Для изучения буферных свойств торфа был использован метод определения буферности по О. Аррениусу. Метод основан на способности субстратов противостоять изменению рН суспензии изучаемого субстрата при действии возрастающих количеств НСlи Ca(OH)2 в растворе. Эта величина сопротивляемости определяется с помощью расчета площади между кривой изменения рН почвенной суспензии и кривой буферности прокаленного песка, к которому приливаются такие же количества растворов кислоты и основания [7, 8, 9, 10]. Для оценки кислотноосновной буферной способности почвенных образцов определяли буферную площадь S(см2) в кислотном и щелочном интервалах –площадь между кривой титрования почвы и кварцевого песка при прямом потенциометрическом определении рН фильтратов суспензий, приготовленных из торфа вблизи п. Зенгино Оричевского района и с. Чистополье Котельничского района с растворами гидроксида и кислоты с разными концентрациями [11]. Расчеты для выражения буферности были произведены согласно методике определения буферности по О. Аррениусу [7, 8, 9, 10].Таким образом, согласно расчету площади кривой буферности торфа вблизи п. Зенгино Оричевскогорайона (рис. 1), данный образец обладает большей буферной ёмкостью по отношению к действию Ca(OH)2, чем к действию HCl, так как S(V0,1н.рра НСl) = 26 см2, а S(V0,1н.рраСa(OH)2) = 29 см2.



Рис. 1. Кривая буферности торфа, отобранного вблизи п. Зенгино (Оричевский район)

Согласно расчету площади кривой буферности торфа вблизи с.Чистополье Котельнического района (рис. 2), данный образец обладает большей буферной ёмкостью по отношению к действию Ca(OH)2, чем к действию HCl, так как S(V0,1н.рраНСl) = 28 см2, а S(V0,1н.рраСa(OH)2) = 25 см2.









Рис. 2. Кривая буферности торфа, отобранного вблизи с. Чистополье (Котельничский район)

Общая щелочность торфа вблизи п. Зенгино Оричевскогорайона –0,06%. Общая щелочность торфа вблизи с. Чистополье Котельничского района –0,04%.Таким образом, в результате исследования было установлено, что оба образца торфа обладают высокой буферной ёмкостью по отношению как к солям ТМ, так и к кислотам и щелочам. При изучении влияния рН на степень извлечения ионов Pb2+ и Сu2+было установлено, что степень извлечения из более кислых растворов (pH=3) у ионов меди выше, чем из растворов с кислотностью, обусловленной только гидролизом солей. Ионы свинца наоборот поглощаются слабее из более кислых растворов, чем из менее кислых. После контакта торфа с растворами солей меди и свинца с рН=3, ионы металлов поглощаются более чем на 90%, а кислотность увеличивается до слабокислого уровня на 1,5–2 единицы.

0246810121454321012345рНV, млПрокаленный песокТорф вблизи п. Зенгино Оричевского района0,1 н.HCl0,1 н.Ca(OH)20246810121454321012345рНV, млПрокаленный песокТорф, отобранный вблизи с. Чистополье Котельничского района0,1 н. Ca(OH)20,1 н.HClСсылки на источники1.Соловьев А.Н. Озёра // Энциклопедия земли Вятской / Отв. Ситников В.А. Киров: ГИПП «Вятка», 1997. Т. Том VII. Природа. С. 200–222.2.Стрельцов А.А. О перспективах использования торфа в России [Электронный ресурс]//Российский институт стратегических исследований (РИСИ) URL:https://riss.ru/analitycs/24743.Кузнецова И.А., Боголицын К.Г., Ларионов Н.С., Бойцова Т.А., Паламарчук И.А., Бровко О.С. Сорбционные свойства и модификация торфяных гуминовых кислот // Вестник САФУ. Естественные науки. 2013. № 1. С. 37–42.4.Боголицын К.Г. Особенности комплексообразующих и сорбционных свойств гуминовых кислот верхового торфа Архангельской области // Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки». 2011. № 3. С. 132–139.5.Пинский Д.Л., Минкина T.M., Манджиева С.С., Федоров Ю.А., Бауэр Т.В., Невидомская Д.Г. Особенности поглощения Cu(II), Pb(II) и Zn(II) черноземом обыкновенным из растворов нитратов, хлоридов, ацетатов и сульфатов // Почвоведение. 2014. № 1. С. 22–24.6.Наумова Л.Б., Горленко Н.П., Казарин А.И. Обменные катионы и их влияние на гидрофильность торфа // Химия растительного сырья. 2003. № 3. С. 51–567.Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Изд. МГУ. 1970. 487 с.8.Возбуцкая А.Е. Химия почвы. М., Высшая школа. 1964. 398 с.9.Воробьева Л.А. Химический анализ почв. Изд. МГУ. 1998. 271 с.10.Руководство по лабораторным методам исследования ионносолевого состава нейтральных и щелочных минеральных почв. М. 1990. 236 с.11.Назырова Ф.И. Влияние удобрений на буферные свойства чернозема типичного карбонатного // Агрохимия. 2002. №2. С. 5–12.12.Мазиров М.А., Трифонова Т.А. Практикум по агроэкологии: В 3 ч. Ч. 2. Агрохимия / Владим. гос. унт. Владимир, 2001. 137 с.13.Позняк С.П., Гамкало М.З. Кислотноосновная буферность буроземов Украинских Карпат // Почвоведение. 2001. №6. С. 660–669.14.Хабиров И.К., Габбасова И.М., Хазиев Ф.Х. Устойчивость почвенных процессов. Уфа: Изд. БГАУ. 2001. 326 с.