Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Методы концентрирования микроэлементов модифицированными сорбентами
1.1. Общая характеристика сорбентов 10
1.2. Способы иммобилизации органических реагентов 16
1.3. 8-Гидроксихинолин и его производные 18
1.3.1. Общая характеристика 8-гидроксихинолина и его производных 18
1.3.2. Применение 8-гидроксихинолина и его производных в сорбции 22
1.4. Сорбционно-спектроскопическое определение микроколичеств металлов 26
1.4.1. Влияние микроэлементов на организм человека 27
1.4.2. Концентрирование микроэлементов на сорбентах с нековалентно иммобилизованными реагентами 29
1.4.3. Концентрирование на сорбентах с привитыми комплексообразующими группами 33
1.5. Выводы 36
ГЛАВА 2. Исходные вещества, аппаратура и методика эксперимента
2.1. Исходные вещества, реагенты и аппаратура 38
2.2. Методика иммобилизации реагентов 39
2.3. Фотометрическое определение микроэлементов 42
2.4. Атомно-абсорбционное определение металлов 43
2.5. Определение оптимальных условий сорбции 44
2.5.1. Влияние кислотности на сорбцию элементов 45
2.5.2. Влияние времени контакта и температуры раствора на сорбционное извлечение 46
2.5.3. Коэффициенты распределения элементов в системе «раствор -сорбент» 46
2.5.4. Сорбционная емкость сорбентов по отдельным элементам 46
2.5.5. Выбор элюента для десорбции элементов 47
2.6. Динамическое концентрирование Fe(III), Cu(II) 47
2.7. ИК-спектроскопическое исследование сорбентов и их комплексов с металлами 48
2.8. Сорбционно-флуориметрическое исследование сорбентов и их комплексов с цинком(П) 48
2.9. Математическая обработка результатов измерений 49
ГЛАВА 3. Изучение химико-аналитических свойств сорбентов
3.1. Состояние 8-гидроксихинолина и его производных в растворе и фазе носителей 50
3.2. Выбор оптимальных условий сорбции 53
3.2.1. Оптимальный диапазон рН сорбции микроколичеств металлов 54
3.2.2. Оптимальное время контакта фаз и температура раствора 70
3.2.3. Сорбционная емкость сорбентов 77
3.2.4. Оптимальное количество модификатора 82
3.3. Выбор условий десорбции 85
3.4. Исследование фазы сорбентов методом ИК-спектроскопии 88
3.5. Динамическое концентрирование микроэлементов 97
3.6. Сорбционно-флуориметрическое определение цинка 102
3.7. Выводы 107
ГЛАВА 4. Сорбционное извлечение Cu(II), Zn(II), Fe(III), Pb(II) из объектов окружающей среды
4.1. Состав объектов анализа и влияние компонентов матрицы на определение микроэлементов в природных объектах 109
4.2. Предварительная подготовка проб воды и почвы 111
4.3. Апробация новых методик определения микроколичеств металлов в воде и почве 113
4.4. Выводы 118
Выводы 119
Список литературы 121
- Сорбционно-спектроскопическое определение микроколичеств металлов
- Атомно-абсорбционное определение металлов
- Сорбционная емкость сорбентов по отдельным элементам
- Оптимальное время контакта фаз и температура раствора
Введение к работе
Актуальность работы. Определение микроконцентраций токсикантов считается важной задачей как в научном, так и в практическом отношениях. Контроль и оценка возможного влияния тяжелых металлов на организм необходимы, а актуальность этой проблемы в настоящее время очевидна, так как элементы - токсиканты неизбежно приводят к загрязнению важнейших жизнеобеспечивающих природных сред (питьевой воды, почв, воздуха) и пищевых продуктов. Среди тяжелых металлов наиболее опасными загрязнителями считаются Pb, Cd, Zn, Си, поскольку их техногенное накопление в окружающей среде идет наиболее высокими темпами. В связи с этим необходим контроль за содержанием металлов на фоновом уровне их концентраций. Прямое определение микроэлементов в природных объектах в присутствии макроколичеств макрокомпонентов приводит к значительному снижению точности и чувствительности определения, необходимы отделение и концентрирование. Применяемые для этих целей методы должны быть простыми, дешевыми и экспрессными, чтобы их можно было использовать в полевых условиях. Указанным требованиям удовлетворяют сорбционные методы, достоинством которых является возможность выделения микроколичеств тяжелых металлов из сложных по составу растворов. В настоящее время большое распространение получили методики с применением нековалентно иммобилизованных комплексообразующих реагентов, существенными достоинствами которых являются простота получения сорбентов, селективность сорбции, большая емкость. При выборе сорбентов важны как природа матрицы, так и химико-аналитические характеристики модификаторов. Актуальна задача систематического изучения условий модифицирования на представительном числе родственных систем, свойств новых сорбентов и условий их взаимодействия с ионами металлов. 8-Гидроксихинолин (8-Ох) является одним из наиболее известных и эффективных экстракционных реагентов. Он образует с ионами металлов устойчивые комплексные соединения, большинство из которых окрашено, нерастворимо в воде, но растворимо в органических растворителях. Нековалентная иммобилизация 8-Ох и его аналогов на носителях различной природы позволит снизить трудоемкость анализа, а также определять металлы как визуально тест - методами, так и инструментальными методами.
Цель работы. Систематическое исследование физико-химических и аналитических свойств сорбентов с иммобилизованными группами 8-гидроксихинолина, 5,7-дибром-8-
гидроксихинолина и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислоты. Разработка новых вариантов концентрирования и сорбционно-спектроскопического определения микроколичеств Cu(II), Zn(II), Cd(II), Pb(II), Fe(III), Bi(III) и Al(III) при анализе объектов окружающей среды.
Для реализации поставленных целей предусмотрена постановка и решение следующих экспериментальных и теоретических задач:
подбор условий иммобилизации 8-гидроксихинолина и его производных с сохранением аналитических свойств иммобилизованных реагентов;
изучение физико-химических и аналитических характеристик сорбентов с иммобилизованными группами 8-гидроксихинолина, 5,7-дибром-8-гидроксихинолина и 8-гидроксихинолин-5-сульфокислоты;
- выбор оптимальных сорбционных систем, применение наиболее перспективных
сорбентов для концентрирования и последующего определения Cu(II), Zn(II), Fe(III),
Pb(II) в реальных объектах.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Мордовского университета имени Н.П. Огарева "Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона"
Научная новизна. Систематически исследована сорбция микроколичеств Cu(II), Zn(II), Cd(II), Pb(II), Fe(III), Bi(III) и Al(III) сорбентами, нековалентно модифицированными группами 8-гидроксихинолина и его производных. Определены оптимальные условия сорбции для каждой системы «элемент-сорбент» и аналитические характеристики: интервал рН максимальной степени сорбции, оптимальное время контакта и температура сорбции, сорбционная емкость сорбентов по отношению к изучаемым элементам, коэффициенты распределения элементов в системе «раствор -сорбент».. Изучены ИК-спектры модифицированных и немодифицированных сорбентов. Обнаружена флуоресценция комплексов Zn(II) и А1(Ш)в фазе сорбента при комнатной температуре.
Практическая значимость. Найдены оптимальные условия нековалентной иммобилизации 8-гидроксихинолина и его производных на 5 матрицах различной природы и получено 11 новых сорбентов. Показана перспективность использования модифицированных сорбентов для концентрирования микроэлементов из объектов окружающей среды. Разработаны новые эффективные методики концентрирования и
выделения микроколичеств Cu(II), Zn(II), Fe(III), Pb(II) с последующим определением указанных элементов при анализе природных и сточных вод, а также почв. Разработан сорбционно-флуориметрический метод определения микроколичеств цинка в фазе сорбента.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты систематического изучения иммобилизации 8-гидроксихинолина и его
производных на носителях: анионообменник АВ-17, силохромы С-60 и С-120, полисорб,
«Энтеросгель».
2. Оптимальные условия сорбционного концентрирования Cu(II), Zn(II), Cd(II),
Pb(II), Fe(III), Bi(III) и Al(III) модифицированными сорбентами с группами 8-Ох и его
производных в статических и динамических режимах.
Результаты ИК-спектроскопического исследования сорбентов.
Результаты сорбционно-флуориметрического определения цинка в фазе сорбента.
5. Новые методики индивидуального и группового концентрирования и
последующего определения Cu(II), Zn(II), Fe(III), Pb(II).
Апробация работы. Результаты исследований представлены на 4 Международном симпозиуме «Химия и химическое образование» (Владивосток, 16-20 мая 2007), II Всероссийской конференции по аналитической химии «Аналитика России 2007» с международным участием (Краснодар, 7-12 октября 2007), Международном симпозиуме по сорбции и экстракции (Владивосток, 2008), Международном форуме "Аналитика и аналитики России" (Воронеж, 22-26 сентября 2008), II Международном симпозиуме по сорбции и экстракции (Владивосток, 2009), ежегодных республиканских научно-практических конференциях «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона» (Саранск, 2006, 2007), вузовских конференциях Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева (2006, 2007, 2008, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи, 8 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 149 страницах печатного текста, состоит из 4 глав, содержит 46 рисунков, 17 таблиц и список цитируемой литературы из 270 наименований.
Сорбционно-спектроскопическое определение микроколичеств металлов
Одним из наиболее перспективных направлений современной аналитической химии является создание гибридных методов анализа. Эти методы включают концентрирование определяемого компонента из жидкой или газовой фазы на твердой матрице путем его взаимодействия с закрепленным на поверхности реагентом и последующую регистрацию спектральных характеристик твердой фазы. В качестве аналитического сигнала используют параметры спектров поглощения, диффузного отражения или люминесценции [152 - 162]. К сорбционно-фотометрическим относят также методы, в которых используют концентрирование на исходной или модифицированной реагентом матрице непосредственно определяемого иона или этого иона в составе комплекса с последующей десорбцией комплексного соединения и измерения либо оптической плотности полученного элюата, либо атомно-абсорбционным способом [163 - 174]. Методы активно развивают, используют для определения различных веществ в водах, пищевых продуктах, горных породах, технологических растворах [175 - 183]. Методы предварительного концентрирования и разделения очень важны при мониторинге окружающей среды. Низкие концентрации металлов, солевой фон, влияние макрокомпонентов затрудняют непосредственное их определение. Поэтому применение модифицированных сорбентов при подготовке позволяет не просто сконцентрировать микроэлементы, но и уменьшить объем пробы, значительно сократить стадии анализа. Из анализа данных министерства экологии
Республики Мордовия выявлены металлы, оказывающие наиболее негативное влияние на состояние природных объектов региона, концентрация которых превышает ПДК в несколько раз. К ним относятся Pb, Cd, Zn, Си, поэтому актуальным, на наш взгляд, было изучение концентрирования и определения их в реальных объектах. Рассмотрим влияние микроэлементов на организм человека. 1.4.1. Влияние микроэлементов на организм человека Медь, свинец, цинк, кадмий относят к группе токсичных металлов. Актуальность проблемы загрязнения ими окружающей среды, в частности природных вод и почвы, давно известна и не вызывает сомнений. С этой целью нами систематизированы данные по ионному состоянию выбранных элементов в объектах окружающей среды. Такой выбор ионов металлов объясняется их токсичностью и повышенным содержанием в природных объектах Республики Мордовия. Малые дозы меди влияют на обмен углеводов и минеральных веществ, увеличение содержания меди в крови стимулирует синтез гемоглобина. Отравление медью приводит к анемии, заболеванию печени и болезни Вильсона [184-187]. Соединения цинка относительно мало ядовиты, однако при высоких концентрациях он ядовит, при вдыхании вызывает так называемую литейную лихорадку, выражающуюся в ознобе, головной боли, тошноте, кашле. Токсичность ZnO объясняется его каталитической активностью. Предельно допустимая концентрация цинка в питьевой воде 5 мг/л, в сточной — 0,1 мг/л, в водах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения — 1 мг/л, в водах рыбохозяйственного назначения — 0,01 мг/л, в почве — ПО мг/кг [188, 189]. Кадмий является токсичным и тератогенным элементом даже в следовых количествах для широкого круга организмов, влияет на рост и размножение.
По токсичности кадмий аналогичен ртути или мышьяку. Менее растворимые его соединения действуют в первую очередь на дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт, влияют на обмен нуклеиновых кислот и белков, снижают синтез РНК, подавляют иммунитет. Более растворимые - после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, вызывают дегенеративные изменения во внутренних органах (главным образом - в печени и почках) [190 - 192]. Железо играет чрезвычайно активную роль в жизнедеятельности любых организмов. В организме человека железо входит в состав мышечной, костной ткани и крови; ежедневный прием с пищей от 6 до 40 мг. Присутствие 1-2 мг/л железа в воде значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования, вызывает у человека аллергические реакции, может стать причиной болезни крови и печени (гемохроматоз). ПДК железа в воде 0,3 мг/л [193 - 196]. Свинец является одним из наиболее токсичных элементов, оказывает канцерогенное, мутагенное, гонадотоксическое действие. Повышенное содержание его в организме человека вызывает поражение центральной и периферической нервной систем, паралич, заболевания крови и сосудов, изменения иммунобиологических свойств генетического аппарата. Низкие значения ПДК в объектах окружающей среды (вода - 0,03 мг/л, воздух - 0,001 мг/м , почвы - 130 мг/кг) требуют разработки методик анализа с весьма
Атомно-абсорбционное определение металлов
Количественно железо и медь оценивали также методом атомно-абсорбционной спектроскопии на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-3 («Karl Zeiss-Jena») с электротермическим атомизатором ЕА-3. Объем вводимой пробы составил 0,2 мл. Градуировочную зависимость устанавливали с использованием стандартных растворов, приготовленных путем разбавления ГСО-1 (фирма «Экрос», Санкт-Петербург) бидистиллированной водой с добавлением стабилизатора. Основные параметры атомно-абсорбционного определения отдельных элементов приведены в табл. 5. При использовании непламенных атомизаторов основным параметром, непосредственно влияющим на воспроизводимость и правильность результатов анализа является температурно-временная программа (ТВП), включающая четыре основных стадии: высушивание, озоление, атомизацию и очистку графитовой трубки. Конечная температура фазы высушивания должна выбираться равной температуре кипения, гвыс=105С. Выбранную конечную температуру следует поддерживать до полного испарения растворителя. При стандартном объеме пробы 0,20 мл длительность данной стадии составляет 30 с, длительность стадии озоления — 15 с, стадии атомизации - 5 с, стадии очистки — 5 с. Основными физико-химическими свойствами модифицированных сорбентов являются параметры сорбции: степень сорбции - R,%; рНопт; сорбционная емкость сорбента — СЕС, мкг/г; время и температура сорбции; селективность по отношению к другим ионам. Эти свойства в значительной степени определяют избирательность действия сорбентов. Важным фактором, влияющим на извлечение ионов металлов полученными сорбентами, является кислотность контактирующего с ними раствора. Это связано с тем, что выбранные для исследования модификаторы и носители обладают весьма значительными протолитическими свойствами. Значения рН, при которых происходит максимальное извлечение элемента из раствора (рН0ГТГ), определяли экспериментально в интервале рН 1-10.
Сорбцию проводили в статическом режиме. В серию колб емк. 25-50 мл помещали навеску сорбента, определенное количество металла, 7 мл буферного раствора и встряхивали 60 мин при температуре (20±2 С) на шуттель-машине до установления сорбционного равновесия. Затем сорбенты отделяли фильтрованием и промывали дистиллированной водой. Фильтрат и промывную воду собирали в мерные колбы емк. 25-50 мл, разбавляли до метки водой и определяли содержание несорбированного компонента фотометрическим или атомно-абсорбционным методами. Степень сорбции при установленных значениях рН вычисляли по формуле: где gn и g$ — масса металла в пробе и фильтрате соответственно, мкг; R — степень сорбции, %. По полученным результатам строили графики зависимости степени сорбции ионов металлов от рН раствора, по которым определяли оптимальные для сорбции интервалы рН максимального концентрирования. Готовили серию растворов, содержащих одинаковое количество элемента, 0,1 г сорбента и 7 мл буферного раствора с оптимальным значением рН. Растворы встряхивали при комнатной температуре (20±2 С) в течение 2, 5, 10, 20, 30, 40, 60 мин. Затем водную фазу отделяли от сорбента декантацией и в растворе определяли остаточную концентрацию ионов металлов. Для изучения влияния температуры на сорбцию проводили опыты по выше описанной методике, но при разных температурах (20±2 , 40±2 и 60±2 С). По полученным данным строили кривые зависимости степени сорбции от времени контакта (/) при соответствующих температурах. По ним определяли оптимальное время и температуру, необходимые для достижения максимальной сорбции ионов. сорбции используют коэффициент распределения Д который в данном случае представляет собой отношение концентрации сорбируемого вещества в твердой фазе к концентрации его в растворе. В данной работе коэффициент распределения вычисляли по формуле: где R - степень сорбции элемента, %; Vp - объем раствора, мл; Мс - масса сорбента, г. Сорбционная емкость сорбента (СЕС) характеризует максимальную массу ионов металла, извлекаемого навеской сорбента из определенного объема модельного раствора при оптимальных условиях. Для определения СЕС в серию колб емк. 50 мл помещали по 0,1 г сорбента, 7 мл буферного раствора с оптимальным значением рН и раствор металла различной концентрации (10 - 200 мкг). Смесь встряхивали в течение 40 мин, затем жидкость декантировали и определяли в фильтрате остаточную концентрацию металлов. Далее вычисляли массу сорбированного элемента в каждом опыте, делая пересчет на 1 г сорбента по формуле:
Сорбционная емкость сорбентов по отдельным элементам
Сорбцию проводили в статическом режиме. В серию колб емк. 25-50 мл помещали навеску сорбента, определенное количество металла, 7 мл буферного раствора и встряхивали 60 мин при температуре (20±2 С) на шуттель-машине до установления сорбционного равновесия. Затем сорбенты отделяли фильтрованием и промывали дистиллированной водой. Фильтрат и промывную воду собирали в мерные колбы емк. 25-50 мл, разбавляли до метки водой и определяли содержание несорбированного компонента фотометрическим или атомно-абсорбционным методами. Степень сорбции при установленных значениях рН вычисляли по формуле: где gn и g$ — масса металла в пробе и фильтрате соответственно, мкг; R — степень сорбции, %. По полученным результатам строили графики зависимости степени сорбции ионов металлов от рН раствора, по которым определяли оптимальные для сорбции интервалы рН максимального концентрирования. Готовили серию растворов, содержащих одинаковое количество элемента, 0,1 г сорбента и 7 мл буферного раствора с оптимальным значением рН. Растворы встряхивали при комнатной температуре (20±2 С) в течение 2, 5, 10, 20, 30, 40, 60 мин. Затем водную фазу отделяли от сорбента декантацией и в растворе определяли остаточную концентрацию ионов металлов. Для изучения влияния температуры на сорбцию проводили опыты по выше описанной методике, но при разных температурах (20±2 , 40±2 и 60±2 С). По полученным данным строили кривые зависимости степени сорбции от времени контакта (/) при соответствующих температурах. По ним определяли оптимальное время и температуру, необходимые для достижения максимальной сорбции ионов. сорбции используют коэффициент распределения Д который в данном случае представляет собой отношение концентрации сорбируемого вещества в твердой фазе к концентрации его в растворе. В данной работе коэффициент распределения вычисляли по формуле: где R - степень сорбции элемента, %; Vp - объем раствора, мл; Мс - масса сорбента, г.
Сорбционная емкость сорбента (СЕС) характеризует максимальную массу ионов металла, извлекаемого навеской сорбента из определенного объема модельного раствора при оптимальных условиях. Для определения СЕС в серию колб емк. 50 мл помещали по 0,1 г сорбента, 7 мл буферного раствора с оптимальным значением рН и раствор металла различной концентрации (10 - 200 мкг). Смесь встряхивали в течение 40 мин, затем жидкость декантировали и определяли в фильтрате остаточную концентрацию металлов. Далее вычисляли массу сорбированного элемента в каждом опыте, делая пересчет на 1 г сорбента по формуле: где т — масса элемента Me в аликвоте исходного раствора, мкг; R — степень сорбции элемента, %. По полученным данным строили график зависимости в координатах масса металла, поглощенная 1 г сорбента, - степень извлечения металла. По точке перегиба кривой определяли СЕС. С целью повышения экономичности использования сорбентов изучена зависимость десорбции от кислотности среды. Десорбцию металлов после концентрирования изучали встряхиванием сорбента с исследуемым элементом растворами соляной, азотной и серной кислот (7 мл) различных концентрациях (2 — 10%) и температуре. Содержание металлов в элюате определяли фотометрическим или атомно-абсорбционным методами. Динамический вариант сорбции широко применяют для концентрирования микроэлементов на сорбентах различной природы благодаря удобству и простоте проведения. При этом важно выбрать условия, обеспечивающие количественное извлечение металлов: массу сорбента, объем исходного раствора, скорость пропускания потока. Сорбцию в динамических условиях проводили при комнатной температуре из растворов Fe(III) и Cu(II) объемом от 50 до 2000 мл при помещении сорбента в колонку. При этом использовали стеклянные трубки высотой 20 см и внутренним диаметром 0,7 см, которые заполняли сорбентом. Высота слоя сорбента в колонке варьировалась от 1 до 5 см. Скорость пропускания раствора составляла от 5 до 20 мл/мин. Для построения динамических выходных кривых определяли концентрацию металла в отобранных после сорбции пробах.
По полученным данным строили экспериментальные динамические выходные кривые: зависимость R,% от объема (V). Для приготовления образцов полимеров для ИК-анализа использовали прессование с КВг, который благодаря высокому коэффициенту преломления (nD=l,56) является лучшей иммерсионной средой. Спектрально чистый КВг предварительно прокаливали при 350С в течение 5 ч. Исследуемые сорбенты высушивали при 70С в течение 24 ч, затем измельчали в агатовой ступке с помощью вибрационной мельницы и смешивали с КВг. Полученную смесь, содержание сорбента в которой составляло 1%, прессовали в диски толщиной 0,8-1 мм в вакуумированной пресс-форме под давлением 200 кПа/см в течение 5 мин. Спектры снимали на ИК-спектрометре Perkin Elmer 1760 в диапазоне 4000 см"1 - 400 см"1 с шагом 2 см"1. Проводили сорбцию цинка на сорбенте 16 в интервале рН 1-10. Сорбент отделяли фильтрованием, высушивали, интенсивность флуоресценции измеряли на установке, созданной в лаборатории. Спектры поглощения сорбентов регистрировали на базе монохроматора МДР-23. Источником излучения служила ртутно-кварцевая лампа БУФ-18. В качестве приемников излучения для соответствующих спектральных интервалов использовали ФЭУ-100. Спектр люминесценции скорректирован с учетом поправочных коэффициентов, полученных в результате градуировки спектральной установки с помощью эталонной лампы ТРШ 2850-3000. Спектры поглощения обрабатывали на персональном компьютере.
Оптимальное время контакта фаз и температура раствора
Скорость установления сорбционного равновесия имеет большое практическое значение, определяется диффузией ионов металлов в поры сорбента и комплексообразованием с иммобилизованным реагентом, что зависит от свойств матрицы, а также от химизма реакций комплексообразования на поверхности сорбента. Зависимость степени сорбции (R,%) от времени перемешивания растворов ионов с сорбентами изучали при оптимальном рН и массе сорбента 0,1 г. При изучении влияния температуры на степень сорбции ее изменяли в интервале (20 - 60)±5С. На примере цинка и кадмия (рис.16 - 23) показано, что для достижения максимальной степени сорбции при оптимальном значении рН необходимо 30-40 мин для большинства модифицированных сорбентов. Время, затрачиваемое на образование комплексов в фазе сорбента, отражается на процессе установления равновесия, замедляя его. Для немодифицированных матриц оптимальное время контакта фаз составляет 20 — 30 мин. В качестве примера на рис. 16 — 21 показана зависимость степени сорбции ионов цинка на сорбентах от времени и температуры сорбции. Дальнейшие исследования проводили при температуре 20 ± 5С в течение оптимального времени для каждого металла. Результаты исследования сорбции цинка на сорбенте 2 показывают, что повышение температуры до 60±2 С увеличивает степень извлечения до 100%, но не влияет на время достижения сорбционного равновесия (рис. 20). Для немодифицированного сорбента 1 наблюдается некоторое уменьшение сорбции при увеличении температуры, что может быть объяснено тем, что ионы цинка извлекаются матрицей за счет физической сорбции, которая с ростом температуры падает (рис. 21). Для сорбента 5 увеличение температуры до 60±2С сокращает время сорбции до 10 мин. На немодифицированном анионообменнике также увеличивается степень извлечения с 35% (20±2С) до 41%(60±2С).
При увеличении времени контакта ионов кадмия с поверхностью носителя сорбция постепенно увеличивается. Для достижения максимальной степени извлечения кадмия(П) время сорбции (при оптимальном рН) составляет 20 - 40 мин при температуре 20 ± 2С. Лучшими кинетическими характеристиками обладают сорбенты 3 и 7. На рис. 22, 23 представлены зависимости сорбции кадмия(П) от времени и температуры сорбентами 3 и 6. Из приведенных данных видно, что повышение температуры до 60С приводит к сокращению времени, но степень извлечения при этом увеличивается всего на 3%. Рис.23. Зависимость сорбции кадмия(И) сорбентом 7 от времени контакта фаз и температуры раствора; t,C: 1 - 20±2, 2 - 40±2, 3 - 60±2 (условия указаны на рис.22). Для повышения сорбции ионов меди на сорбентах 9,10 необходимо увеличивать температуру до 40С, при этом время установления сорбционного равновесия не уменьшается и составляет 40 мин. При нагревании увеличивается и степень извлечения ионов свинца (сорбенты 2,3,9,10) в среднем на 10%. Сорбция трехвалентных металлов при нагревании изменяется незначительно (3-5%), поэтому увеличение температуры в данном случае нецелесообразно. В целом наблюдается тенденция к небольшому увеличению степени сорбции при увеличении температуры, при этом время установления сорбционного равновесия уменьшается незначительно и не зависит от природы иммобилизованного реагента. Сорбционная емкость сорбентов (СЕС) определена для всех сорбентов и ионов. На рис. 24-33 представлены графические зависимости степени сорбции от массы введенного элемента.
