Модифицированный адсорбент для извлечения ионов тяжелых металлов и мышьяка из водных сред

Такие элементы, как кадмий, медь, свинец, цинк, железо, марганец и мышьяк, при поступлении вместе с водой в организм человека способны к аккумуляции с дальнейшими отрицательными последствиями для жизни.
В связи с вышесказанным задача очистки питьевой и технической воды от присутствующих в ней ионов тяжелых металлов и ионов мышьяка имеет огромную важность в первую очередь для здоровья и обеспечения чистой питьевой водой населения.
Способов и методов очистки воды от ионов тяжелых металлов всего несколько. Среди них электролитические ячейки, обратный осмос и наиболее эффективный и доступный — сорбционный метод. В процессах водоочистки и водоподготовки для удаления ионов тяжелых металлов и ионов мышьяка из водных сред применяются природные и синтетические сорбенты.
Материалы, о которых идет речь в данной статье, обладают высокой сорбционной способностью по отношению к ряду загрязнителей и являются материалами нового поколения. Постоянно увеличивающаяся глобальная потребность в чистой воде для населения, промышленности и сельского хозяйства и ухудшающаяся экологическая ситуация позволяет рынку водоочистки динамично развиваться, что создает возможности для успешного выхода на данный рынок с новой продукцией.
Для увеличения сорбционной активности различных материалов применяют модификацию их поверхности, поэтому работа по модификации пористых носителей для придания им дополнительных сорбционных свойств имеет высокую актуальность.
В Томском политехническом университете проведен ряд научно-исследовательских работ по получению образцов сорбционного материала на основе вермикулитобетона, модифицированного оксогидроксидом железа, который показал высокую степень извлечения из модельных растворов ионов Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺ и As³⁺ в статических и динамических условиях. 
В качестве носителя для исследуемых образцов сорбентов был использован готовый вермикулитобетон, поверхность которого модифицировали оксогидроксидом железа.
Для оценки величины удельной поверхности и удельного объема пор образцов сорбционных материалов применен метод тепловой десорбции азота (БЭТ).
Сорбция ионов Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺ и As³⁺ проводилась в статическом режиме, при перемешивании на магнитной мешалке. Масса сорбента во всех экспериментах составляла 0,5 г, объем модельного раствора — 50 см³. Время перемешивания на магнитной мешалке составляло 150 минут. Концентрации ионов тяжелых металлов в растворах при значениях, многократно превышающих предельно допустимые концентрации: 
Pb²⁺ — 10,3 мг/дм³; 
Mn²⁺ — 6,4 мг/дм³; 
Cd²⁺ — 5,2 мг/дм³; 
Zn²⁺ — 5,1 мг/дм³; 
Cu²⁺ — 5,1 мг/дм³; 
As³⁺ — 20,1 мг/дм³; 
Fe³⁺ — 30,2 мг/дм³. 
После процесса сорбции раствор отделяли от сорбента центрифугированием при 10 000 об/мин и определяли конечные концентрации фильтратов. Равновесные концентрации ионов Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, As³⁺ определяли методом инверсионной вольтамперометрии, а Fe³⁺, Mn²⁺ — методом фотоколориметрии. Исследуемые образцы сорбентов показали хорошие свойства при извлечении из модельных растворов ионов Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺ и As³⁺. 
У исследуемых образцов определена величина удельной поверхности и удельный объем пор. С увеличением в образце активного компонента наблюдается повышение данных показателей. Разработанные материалы способны адсорбировать ионы, размер которых во много раз меньше среднего размера пор сорбента в широком диапазоне значений рН.
Наиболее высокие сорбционные свойства полученного сорбента показаны по извлечению ионов железа, мышьяка и свинца. Кроме того, сорбенты обладают высокой прочностью за счет применения минеральных носителей с высокой твердостью.
В результате выполненных работ были получены наноструктурные сорбционные фильтровальные материалы на основе вермикулитобетона с иммобилизованными на его поверхности агломератами оксогидроксида железа, обеспечивающими удаление из водных сред ионов тяжелых металлов до 100 %, мышьяка — 100 %, микробиологических загрязнителей — до 99,99 %.
Разработанные сорбционные материалы предназначены для использования в водоочистном оборудовании, лабораторных приборах в качестве расходных материалов (наполнители для фильтровального модуля или сам фильтровальный модуль). Можно выделить два вида сорбционных материалов:
1. Сорбционный материал для очистки водных сред от тяжелых металлов.
2. Сорбционный материал для очистки водных сред от мышьяка.
Области применения материалов:
- ступень химической очистки от солей тяжелых металлов и мышьяка в многоступенчатых системах бытовой водоочистки.
- в системах водоподготовки крупных водоснабжающих организаций.
- индивидуальные средства водоочистки в походных и экстремальных условиях.
- научно-исследовательское (лабораторное) применение.
Разработанные сорбенты могут быть использованы для очистки и доочистки воды из централизованных и нецентрализованных систем водоснабжения (подземных и поверхностных источников). 

На что нужно обратить внимание в статье:

1. В процессах водоочистки и водоподготовки для удаления ионов тяжелых металлов и ионов мышьяка из водных сред применяются природные и синтетические сорбенты.
2. Сорбенты для очистки воды обладают высокой прочностью за счет применения минеральных носителей с высокой твердостью.
3. Сорбенты имеют низкую стоимость в сравнении с импортными аналогами, а по качеству не уступают им. Кроме того, сорбент по мышьяку возможно регенерировать многократно без потери сорбционной емкости.