dlya_vizitki

Ф.И.О. _Таужанова Аяжан
Мекен-жайы:_ Акмолинская обл., г. Көкшетау,
ул.Женис 33 -11
E-mail: [email protected]
Гражданство: Республика Казахстан
Акмолинская область
г. Кокшетау
Коммунальное государственное учреждение "Средняя школа№1"
Таужанова Аяжан
11 «А» класс
Тема научно-исследовательского проекта:
Использование углеродсодержащих сорбентов для очистки загрязненных
водных систем
Научный руководитель: учитель химии Бельгибаев О.А.
Научный консультант: к.х.н., и.о.доцента кафедры
химии и биотехнологии КГУ им. Ш. Уалиханова
Нурмуханбетова Н.Н.
Достижения и награды
Краткое содержание работы
Акутальность:
Создание новых материалов на основе
углерода
является одной из
фундаментальных проблем в разных отраслях промышленности. Углеродсодержащие
сорбенты обладают высокой пористостью,
удельной поверхностью, сорбционной
емкостью и селективными свойствами. В настоящее время значительное внимание
уделяется применению активированных углей в качестве сорбентов ионов тяжелых и
органических веществ.
В городе Кокшетау, как и во многих регионах Казахстана проблема качества воды
остается острой.
Одним из наиболее эффективных способов очистки воды от токсичных элементов
является метод сорбции. Использование местного сырья позволит создавать эффективные
сорбенты относительно низкой себестоимости.
Разработка углеродсодержащих сорбентов на основе органоминерального сырья
Кокшетауского региона позволит решить некоторые проблемы региона: чистая вода для
городов Кокшетау и Щучинска.
Цель: изучить физико-химические свойства сорбентов и биосорбентов на основе
карбонизованных сосновых опилок с повышенной сорбционной емкостью в отношении
ионов тяжелых металлов (Cu2+, Cd2+ и Pb2+) и фенола для использования их в очистке
промышленных стоков.
Задачи исследования:
- синтезировать углеродсодержащий сорбент на основе сосновых опилок;
- исследовать сорбционную способность полученных сорбентов в отношении ионов
тяжелых металлов, а так же органических веществ на примере фенола.
Научная новизна заключается в том, что впервые
- синтезированы и изучены углеродсодержащие материалы на основе растительного
сырья (сосновые опилки) Кокшетауского региона Акмолинской области, установлено, что
синтезированные карбонизованные сорбенты обладают большой удельной поверхностью
и пористостью;
-выявлена высокая сорбционная емкость сорбентов по поглощению ионов тяжелых
металлов и фенола;
- показана пригодность полученных сорбентов для извлечения ионов тяжелых
металлов - токсикантов и фенола из водных растворов.
Практическая значимость исследования
полученные карбонизованные сорбенты могут быть рекомендованы для применения
при очистке питьевых и промышленных сточных вод Кокшетауского региона, а так же
других областей Казахстана.
Результаты исследований
В водопроводной воде г. Кокшетау обнаружены ионы тяжелых металлов:
концентрация кадмия и меди превышает предельно допустимые нормативы
соответственно в 3,8 и 1,7 раз.
Ионы
Конц.
мкг/л
ПДК
мкг/л
Co
0,006
Ni
0,008
Fe
0,004
Cu
0,005
Zn
0,005
Cd
0,0114
Pb
0,025
Hg
-
0,009
0,009
0,004
0,003
0,005
0,003
0,03
0,001
Для очистки питьевой воды и сточных вод промышленных предприятий г. Кокшетау
было выбрано растительное сырье для синтеза дешевого и эффективного сорбента –
сосновые опилки.
концентрация металлов, мг/г
Сорбционная емкость СО, карбонизованных при температуре 650 °С, в отношении
меди составляет 187 мг/г, кадмия - 174 мг/г, и свинца - 177 мг/г.
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
время, час
медь
-
кадмий
свинец
концентрация металлов, мг/г
Сорбционная емкость клеток микроорганизмов Pseudomonas
отношении меди составляет 159 мг/г, кадмия - 178 мг/г и свинца - 143 мг/г
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
время, час
медь
кадмий
свинец
140
160
aeruginosa
в
концентрация металлов, мг/г
Результаты по сорбционной емкости полученного биосорбента в отношении меди
составляют 269 мг/г, кадмия - 314 мг/г и свинца - 287 мг/г.
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
время, час
медь
кадмий
120
140
160
свинец
Новизной данной работы является то, что биотехнологическим объектом,
используемым для очистки сточных вод от тяжелых металлов, предлагается биосорбент
на основе СО, карбонизованной при температуре 650°С, с клетками Pseudomonas
aeruginosa, обладающий способностью эффективно сорбировать из сточных вод ионы
меди, кадмийа и свинца. Кроме того, предлагаемый биосорбент получен с помощью
простой и не требующей сложного оборудования технологии из дешевого и
возобновляемого сырья, представляющего собой отход в виде сосновых опилок и культур
микроорганизмов, что позволяет широко использовать предлагаемый биосорбент.
Анализ зависимость степени извлечения фенола (R,%) от времени контакта фаз
для систем фенол - вода – КСО при различных соотношениях фаз показывает, что
максимальная очистка от фенола сточных вод осуществляется при соотношении фаз
Т:Ж=1:300 и равновесие устанавливается в течение 20-25 минут.
120
100
R, %
80
1
60
2
40
3
20
0
10
20
30
40
Ƭ, мин
50
60
R, %
Зависимость степени извлечения фенола (R,%) от изменения рН раствора в
системе фенол - вода - КСО показывают, что изменение рН раствора в пределах (1-8) мало
влияет на сорбционную активность сорбента. Увеличение рН раствора в область
сильнощелочных растворов (рН>8) ведет к уменьшению изотермы сорбции, что
свидетельствует о подавлении процесса сорбции фенола.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
7
pH
8
9
10
11
1.
2.
3.
4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе растительного сырья (сосновые опилки) Кокшетауского региона
Акмолинской области синтезированы карбонизованные сорбенты. определены их
физико-химические и сорбционные характеристики.
Сорбционная способность КСО по поглощению ионов тяжелых металлов: по меди
составляет 187 мг/г, кадмий - 174 мг/г, и свинца - 177 мг/г.
Получен биосорбент на основе КСО, с клетками Pseudomonas aeruginosa,
сорбционная емкость которого в отношении меди составляют 269 мг/г, кадмия 314 мг/г и свинца - 287 мг/г.
Степень очистки фенолсодержащих растворов, с концентрацией 4,7 - 0,17 мг/л
фенола с использованием КСО составляет 97,5-98,5%. Поэтому КСО могут быть
использованы для очистки питьевой воды от ионов металлов – токсикантов.
На этом основании, сорбенты на основе КСО могут быть включены для
использования в сорбционные схемы очистки питьевой воды и промышленных
стоков как от ионов металлов – токсикантов , так и от фенолов.
Публикации по результатам исследований