Иммобилизация тяжелых металлов природными и модифицированными биосорбентами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-77-10029

НазваниеИммобилизация тяжелых металлов природными и модифицированными биосорбентами

Руководитель Шварцева Ольга Сергеевна, Кандидат геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С.Соболева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-208 - Гидрогеохимия

Ключевые слова Биосорбция, тяжелые металлы, геохимические барьеры, техногенные загрязнения, торф, гуминовые кислоты, моделирование гидрогеохимических процессов, механоактивация

Код ГРНТИ38.33.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
К числу достоинств биосорбентов на основе торфов можно отнести доступность, низкую стоимость, экологическую чистоту, возможность регенерации, биодеградируемость и др. Наиболее активной составляющей торфов являются гуминовые кислоты (ГК), участвующие в реакциях ионного обмена, комплексообразования, сорбционных взаимодействиях. Содержащиеся в торфах гумусовые вещества образуют прочные соединения с тяжелыми металлами. В некоторых исследованиях по сорбции металлов показано, что ГК обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к токсикантам, однако работы эти немногочисленны и до настоящего времени механизм взаимодействия ГК с тяжелыми металлами остается дискуссионным. Одной из важных экологических функций ГК в биосфере является аккумуляция органических и минеральных токсикантов. Способность ГК вступать в различные донорно-акцепторные взаимодействия определяется наличием значительного количества карбоксильных и гидроксильных групп в качестве преобладающих заместителей в ароматическом кольце. Результатом реакции связывания или комплексообразования может быть уменьшение подвижности ионов металлов при образовании нерастворимых комплексов с ГК или же, наоборот, увеличение подвижности при взаимодействии с низкомолекулярными фракциями ГК. Иммобилизация ионов металлов в нерастворимых органических комплексах способствует снижению токсического действия их высоких концентраций на живые организмы. Сорбционные свойства торфа определяются развитой пористой структурой и наличием большого разнообразия функциональных групп, а химическая активность торфа к тяжелым металлам обусловлена электронно-ненасыщенными состояниями, которые возникают в местах разрыва ароматических фрагментов структуры торфяного сорбента. Кроме того, за счет входящей в состав низинного торфа минеральной составляющей (глинистые минералы) торф может необратимо поглощать токсичные элементы и тем самым усиливать удерживающую способность, улучшая сорбционные показатели торфяного сорбента. При этом остаются нерешенными еще многие научные проблемы, связанные с выбором подходящего сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из системы конкретного состава, знанием закономерностей, влияющих на процесс сорбции, таких как свойства самого сорбента, свойства ионов металлов, свойства водной фазы. Кроме того, существенно затрудняет интерпретацию результатов проводимых исследований тот факт, что для одних и тех же материалов при смене внешних факторов, таких как параметры среды, климатический фактор и т.д., наблюдаются изменения как в характеристиках структурных составляющих, так и в их способности поглощать элементы-токсиканты в качестве сорбционных барьеров. Важными источниками поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются предприятия горнодобывающей отрасли и комбинаты топливно-ядерного цикла (ТЯЦ). В случае предприятий ТЯЦ в большинстве случаев источниками являются шламохранилища и отвалы, накопленные во время становления ядерной области. Тогда как горнодобывающая отрасль постоянно развивается и сейчас. В частности, в настоящее время активно расширяются и вводятся в эксплуатацию угольные месторождения горловского бассейна (Новосибирская область): м-я Колыванское, Восточное и др.; Кузнецкого бассейна (Кемеровская область) м-я Урегольское, Томское, Сибиргинское, Соколовское, Карачиякско, Егозово-Красноярского и др; Минусинского бассейна (Красноярский край) м-я Изыхское, Черногорское и др. В большинстве случаев, отработка месторождений производится карьерным методом с поверхности и сопровождается сбросом в прилегающие водные объекты значительных объёмов (до первых миллионов кубометров) грунтовых вод, которые дренируются этими разрезами. В отдельных случаях грунтовые воды содержат повышенные концентрации таких элементов как железо, кадмий, свинец, марганец, литий, бром, барий. И остро стоит задача перед сбросом провести очистку вод от этих элементов до концентраций определенных существующими нормативами. В связи с этим в рамках настоящего проекта предполагается провести экспериментальные работы по поглощению тяжелых металлов из растворов образцами торфа разного генезиса (верхового, переходного, низинного), а также установить взаимосвязи между структурными изменениями под влиянием климатических вариаций и их сорбционной емкостью. Для этого в работе планируется использование образцов торфа, отобранных из месторождений разных ландшафтно-климатических зон юга Западной Сибири. Натурные эксперименты по очистке техногенных растворов от тяжелых металлов на примере сбрасываемых растворов предприятия топливно-ядерного цикла (ОАО Новосибирский завод химических концентратов) и грунтовых вод дренируемых угольными разрезами (Колыванское каменоугольное месторождение) позволят оценить применимость модельных биосорбентов на практике. Большие запасы торфа в Западной Сибири, его уникальный состав и свойства делают его перспективным источником для получения эффективных биосорбентов, а использование таких методов его обработки, например, механоактивации, позволит увеличить их иммобилизующую способность по отношению к токсичным элементам. Использование современных аналитических методов и контроль концентраций и форм нахождения органического вещества и тяжелых металлов в системе торф/вода для большого круга природных объектов позволит привнести новые знания в понимание сущности геохимических процессов их взаимодействия. Развиваемый подход соответствует современному уровню науки и позволяет значительно конкретизировать описание рассматриваемых природных процессов сорбции тяжелых металлов на биосорбентах с помощью не только качественных, но и количественных характеристик.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ