WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

432

24,9/19,4

-0,1/-0,1

64,2/53,3

-0,2/-0,1

12,7/19,9

-0,04/-0,1

576

44,6/25,5

-0,1/-0,1

72,3/74,9

-0,2/-0,1

28,0/39,4

-0,04/-0,1

Нами установлено, что скорости электрохимической сорбции металлов зависят как от природы биосорбента - растут в ряду: ряска > лимнофила > криптокарина (рис.5), так и от природы извлекаемого металла. Наиболее высокие скорости процесса биоэлектрохимической сорбции наблюдаются в первые 5 часов. В дальнейшем по истечении определенного времени, индивидуального для растений, начинается вынос избыточного количества ИТМ, что сопровождается процессами цитоплазмолиза и некроза. Однако даже в случае гибели растения удерживают ~ 45…50 % меди и цинка и ~ 30% кадмия. Механизм сорбции растением токсикантов осуществляется посредством движения растворенных веществ через ионопроводящую клетку под действием градиента химического потенциала и возникающей на клеточной мембране разности электрических потенциалов. Таким образом, растения с их сложной системой используются как своего рода накопительные биоэлектрохимические системы для сорбции водорастворимых форм ТМ.

Для дальнейших исследований нами выбрана широко распространенная ряска малая. Было изучено влияние времени выдержки биосорбента на процесс извлечения катионов Cu2+, Zn2+, Cd2+ из сульфатных растворов с концентрацией катионов 5 и 1 мг/л, моделирующих промывные воды (табл.3 и рис. 6, 7). Анализ полученных данных указывает, что, как и в случае высококонцентрированных растворов, наибольшее изменение исходной концентрации наблюдается в первые часы пребывания биосорбента-ряски в растворах. По истечении суток удаление всех металлов тормозится и составляет не более 20-30 мг/ч. После выдержки растения в течение 12 суток концентрация ионов Zn2+ увеличилась, и далее наблюдался обратный вынос ионов цинка в раствор.

Таблица 3

Изменение массовой концентрации ИТМ (СМе) в растворах MeSO4 (Снач=5мг/л) и скорости их извлечения (V) в зависимости от времени

пребывания (t) ряски в растворе (расчет на 100 г массы биосорбента)

t,ч

Cu2+

Zn2+

Cd2+

С мг/л

V мг/ч

С мг/л

V мг/ч

С мг/л

V мг/ч

1

4,2

3,978

4,73

1,34

2,83

10,79

24

3,8

0,248

3,8

0,248

2,62

0,49

144

3,5

0,051

2,31

0,092

1,98

0,100

288

2,69

0,039

3,28

0,029

1,15

0,065

432

2,3

0,030

3,67

0,015

3,2

0,0204

576

1,69

0,027

3,82

0,0020

3,7

0,0114

720

1,3

0,025

4,02

0,0069

4,31

0,005

Рис.6. Изменение концентрации меди (1), цинка (2) и кадмия (3) во времени при извлечении ИТМ ряской из сульфатных растворов (Снач=5 мг/л)

Рис.7. Зависимость эффективно-

сти очистки СВ от ИТМ при

различном времени выдержки ряски

в сульфатных растворах: 1 - Cu2+,

2- Zn2+, 3- Cd2+ ( Снач=5 мг/л)

Концентрация ионов Cd2+ в растворе увеличилась на 18-е сутки. Сброса ионов меди не наблюдалось. В период выноса растениями накопленной избыточной концентрации ИТМ наблюдалось изменение внешнего вида биосорбента. Зависимости изменения скорости и эффективность извлечения меди, цинка и кадмия ряской (рис. 5, 6) указывают на наибольшую сорбцию токсичного кадмия. С течением времени скорости удаления из растворов металлов ряской выравниваются (табл. 3). При уменьшении концентрации катионов металлов в пять раз до 1 мг/л процессы электрохимической биосорбции меди, цинка и кадмия в целом оказались аналогичны вышеописанным. Нами было установлено (рис.8), что при извлечении меди биосорбентами из растворов концентраций 100 мг/л и менее, в отличие от высококонцентрированных растворов (рис.1) на J, Е- вольтамперограммах появляются 2 пика, которые подтверждают 2-стадийный процесс сорбции ионов Cu2+ через образование одновалентной Cu+ и далее Cu0 по схеме:

Cu2+ +е- Cu+ +е- Cu0 (1)

Рис.8.Потенциодинамические J,Е - кривые, полученные при извлечении меди лимнофилой из сульфатных растворов (Сисх=100 мг/л) при различном времени выдержки

Проведенные исследования оптической плотности растворов в процессе биосорбции ИТМ ряской показали хорошее совпадение с результатами, полученными методом инверсионной хроновольтамперометрии (табл. 4).

Таблица 4

Влияние изменения концентрации ионов меди (числитель) и цинка (знаменатель) в растворах МеSO4 (5 и 1 мг/л) на величину оптической плотности раствора в зависимости от времени пребывания (t) в нем ряски (при = 670 нм- для меди и = 582 нм- для цинка)

t, ч

5 мг/л

1 мг/л

D

С мг/л

D

С мг/л

0

0,055/0,332

5,00/5,000

0,090/0,667

1,000/1,000

144

0,030/0,557

3,500/2,310

0,300/0,201

0,370/ 0,182

288

0,045/0,635

2,690/3,281

0,065/0,029

0,291/0,403

432

0,030/0,749

2,303/3,672

0,017/0,035

0,150/0,522

576

0,015/0,598

1,691/3,821

0,015/0,053

0,110/0,741

720

0,010/0,695

1,302/4,022

0,010/0,853

0,055/0,832

3.2. Влияние силы и направления магнитного поля на процесс

биоэлектрохимической сорбции ионов тяжелых металлов ряской

Поиск экологически чистых и недорогих методов воздействия на биосорбенты и сточные воды с целью повышения эффективности очистки последних от ИТМ является актуальным. Известно, что воздействие магнитного поля может проявляться либо как стимулятор, либо как замедлитель развития клеток и корневой системы растений, а вследствие этого может влиять на фиторемедиацию. Причем оказывает воздействие не только сила, но и направление постоянного магнитного поля (ПМП). В целом следует отметить, что действие ПМП - процесс малоизученный, и дальнейшие исследования в этом направлении помогут уточнить его действие на поведение биоэлектрохимических сенсоров-растений.

Рис.9. ИХВА J, Е - кривые, полученные при извлечении меди ряской из раствора (Сисх=1 мг/л) при воздействии ПарПМП напряженностью 2 кА/м t, ч: 1-0; 2-1; 3-5; 4-24; 5- 144; 6- 360

Рис.10. Сравнительные результаты по влиянию ПарПМП различной напряженности на процесс извлечения меди ряской (Снач= 1 мг/л)

Полученные нами результаты по влиянию силы параллельного (Пар) ПМП (рис. 9, 10) позволили установить, что процессы фиторемедиации меди отличаются от процессов, протекающих без участия МП. Удаление Cu2+происходит более глубоко и протекает достаточно эффективно в течение ~ 5 суток. Было установлено, что наибольшее изменение исходной концентрации, что соответствует наибольшей скорости извлечения тяжелых металлов, наблюдается в первые часы пребывания растения ряска в модельных растворах. С течением времени скорости извлечения Cu2+ряской выравниваются (рис. 9). При действии ПарПМП 2 кА/м ряска сорбирует ионы меди в большем количестве, чем при воздействии полей напряженностью 1.0; 0.5, 4.0 кА/м или без воздействия магнитного поля (рис.10). Вероятнее всего, это связано с определенным интервалом силы действия ПМП на клетку растений, и, как следствие, на степень извлечения меди. В листьях под действием поля 2 кА/м эффективнее ускоряется движение хлоропластов в токе протоплазмы. То есть ПарПМП проявляет свое воздействие как стимулирующий фактор. Этот фактор может проявляться как стимулятор роста растения и увеличения проницаемости клеточной ткани. И в том, и в другом случае это должно привести к усилению скорости потока катионов металлов в клетку из раствора, и, соответственно, к сокращению времени извлечения ИТМ фитомассой растения, в сравнении с процессами, протекающими без наложения магнитного поля, что и наблюдается.

При изучении влияния направления МП (параллельное, перпендикулярное ПерПМП) на процессы биоэлектрохимической сорбции ИТМ растениями было установлено, что при воздействии ПерПМП происходит более глубокое извлечение металлов ряской как из высококонцентрированных сточных вод, так и из промывных вод. Это согласуется с литературны-

ми данными о более благоприятном воздействии ПерПМП на ростовые характеристики клетки и растения в целом.

3.3. Электрохимическое извлечение меди из отработанных

биосорбентов

С целью выяснения возможности электрохимического извлечения металлов из отработанных биосорбентов проведены исследования по определению меди в растворах элюатов (вытяжка с помощью концентрированной серной кислоты), полученных после извлечения меди из ряски, выдержанной в сульфатном растворе в течение 72 ч. Эти растворы на последующих этапах были использованы для снятия серии потенциостатических кривых (рис.11) выделения меди на электроде из стеклографита. ПСК снимали при потенциалах, близких к потенциалу пика тока (0,32 В), наблюдаемых на инверсионной хроновольтамперометрии (ИХВА). Затраченную на протекание процесса емкость и массу выделившегося вещества определяли по закону Фарадея. Для сравнения и определения меди в вытяжках снимали ИХВА (рис.12) и проводили спектрофотометрический (СФ) анализ при соблюдении одинаковых условий. Полученные данные (рис. 11, 12 и табл. 5) позволили установить наиболее высокую концентрацию меди в вытяжках из ряски, предварительно подвергнутой воздействию поля напряженностью 2,0 кА/м, что соответствует результатам, приведенным выше.

Таблица 5

Сравнительные результаты электрохимических и физико-химических методов

определения меди, извлеченной из ряски, подвергнутой воздействию ПарПМП

в течение 144 часов. Потенциалы выделения, В: 1*- 0,30; 2*- 0,32, 3*- 0,34

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»