shkolakz.ru 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЗ ВОДЫ ИОНОВ БАРИЯ.


Е.А. Королева

С.М.Чудновский, научный руководитель, доцент, кандидат техн-х наук Л.М.Воропай, научный руководитель, доцент, кандидат химических наук Вологодский государственный технический университет

Г. Вологда

Целью данной работы является исследование возможностей применения нанотехнологий для удаления ионов бария при подготовке питьевой воды.

Барий в природной воде обычно находится в небольших количествах, однако, и такие количества отрицательно влияют на здоровье человека. Большие концентрации бария в питьевой воде приводят к негативным последствиям, заключающимся в повышении кровяного давления, проявлении мышечной слабости и болями в брюшной области. Кроме того, гидроксид бария оказывает сильное раздражающее действие на воздушно-дыхательные пути, резкое прижигающее действие на кожу и роговицу глаза. Хлорид бария повышает сосудистую проницаемость, приводящую к кровоизлияниям и отекам, приводит к изменениям в крови (анемия, лейкопения, лимфоцитоз). Фторид бария оказывает действие на нервную систему и мускулатуру. Негативную роль играют и анионы, взаимодействующие с катионами бария в соединениях. Все эти соединения относят ко 2 классу опасности.

На территории Вологодской области в настоящее время имеется около 600 скважин, в которых вода имеет повышенное содержание бария. Таким образом, не менее 60 тыс. человек Вологодской области подвержены указанным выше заболеваниям. Ни на одной из скважин нет установок для очистки воды от бария. Поэтому необходимость разработки дешевой и надежной технологии удаления ионов бария из воды является актуальной задачей, которая в настоящее время решается нами в лабораториях химии и КИиОПР ВоГТУ.

Барий — элемент главной подгруппы второй группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Он имеет атомный номер 56, атомную массу 137.

В природе барий встречается только в виде соединений. Наиболее распространенными бариевыми соединениями являются сульфат бария (барит) и карбонат бария (витерит). Частично барий попадает в окружающую среду в результате деятельности человека, однако, для воды основной путь загрязнения барием - естественный, из природных источников. Наибольшую опасность в воде представляют высокорастворимые токсичные соли бария, которые имеют тенденцию переходить в менее токсичные и слаборастворимые сульфаты и карбонаты. Водорастворимые соли бария считаются опасными для человека. К ним относятся сульфиды, гидрокарбонаты, нитраты, хлориды. Сульфаты и фосфаты бария практически безопасны, так как они нерастворимы в воде.


По рекомендациям Всемирной Организацией Здравоохранения предельно допустимая концентрация бария в питьевой воде должна быть не более 0,7 мг/л, а в соответствии с российскими стандартами эта концентрация не должна превышать 0,1 мг/л.

Следует отметить, что катионы бария обладают подвижностью в постоянном электрическом поле. Их предельная подвижность в водном растворе при 25 градусах Цельсия равна 63,63 Ом-1*см2*г-экв-1. Следовательно, скорость движения ионов бария в водном растворе при градиенте потенциала, например, 2 В/см равна 5,3*10-5 м*с-1.Используя именно эти «поведенческие» особенности ионов бария мы в настоящее время разрабатываем новую нанотехнологию их из воды.

Следует отметить, что в большинстве случаев наличию ионов бария в воде сопутствует значительное количество ионов железа. В ВоГТУ разработана технология очистки подземных вод от железа. Эта технология предусматривает образование осадка - гидроксид железа на железном катоде, при градиенте потенциала не более 2 В/см легко отмывается от катода . Известно, что гидроксид железа относится к высокоэффективным сорбентам по отношению ко многим катионам и анионам, например Са2+, Mg2+, Na+1, K+1. В данной работе мы планируем исследовать процессы адсорбции гидроксидом железа растворенных форм бария. Значения стандартных электродных потенциалов указанных выше элементов колеблется в пределах от -2,92 до -2,34, при этом электродный потенциал Ва равен -2,90, следовательно можно предположить, что катионы Ва могут также адсорбироваться гидратируемыми формами железа.

Предварительные исследования доказывают возможности применения данного способа.