Введение к работе
Актуальность темы. Специфическая адсорбция аквакатионов, ионных, молекулярных гидроксоформ и адагуляция коллоидных частиц гидроксвдов металлов на неизоморфных оксидах активно изучаются последние три десятилетия, что связано с их определяющей ролью в процессах переноса гидролизующихся катионов во многих инженерных и природных водных системах. Огромное число экспериментальных и теоретических исследований посвящено различным аспектам специфической адсорбции ионных форм металлов. Однако, в большинстве предлагаемых моделей участие некулоновских сил охарактеризовывается условно количественно, без обсуждения природы возникающих связей и механизмов их насыщения, в то время как именно знание механизма дает возможность не только объяснять полученные опытные данные, но и прогнозировать участие компонентов системы в тех или иных стадиях процесса. Адагуляция коллоидных частиц гидроксидов металлов на оксидах обычно трактуется с позиций ион-электростатической модели, хотя в ряде работ указывается на необходимость учета возможности образования химических связей при взаимодействиях адагулирующих частиц. Таким образом, исследования, направленные на развитие "химической" модели взаимодействий адсорбент-адсорбат, то есть на выявление наиболее вероятных действующих в поверхностном слое сил, прочности образующихся связей, кинетики и конкретных механизмов их насыщения, являются в настоящее время весьма актуальными.
Цель работы заключалась в: изучении кинетики установления адсорбционно(адагуляционно)-десорбционных равновесий в системах кварц - водные растворы нитратов РЪ(И), Cu(II), Hg(II) методами спектрофотометрического анализа, электроосмоса и электрофореза; моделировании на основе анализа экспериментальных данных механизмов специфической адсорбции и адагуляции; развитии химической концепции специфической адсорбции гидролизующихся катионов на оксидах введением дополнительных параметров, отражающих особенности электронного строения металлов и их состояния в водных растворах, что позволило бы прогнозировать поведение широкого круга систем оксид -
раствор соли металла; расширении концепции специфической адсорбции для описания адагуляции гидроксидов на оксидах; изучении возможностей активизации десорции сильно адсорбированных форм металлов внешним электрическим полем (ВЭП); исследовании концентрирования Pb(II), Cu(ll), Hg(II) сорбцией на клиноптилолите.
Научная новизна. I.Получены данные о кинетике установления адсорбционно(адагуляционно)-десорбционных равновесий в системах кварц - Pb(II), Cu(II), Hg(II) и ее зависимости от рН. 2.Выявлена связь между свойствами образующихся донорно-акцепторных связей адсорбирующийся катион - гидроксильная группа поверхности SiCh и гибридизацией валентных орбиталей металла. З.Показано, что характер взаимодействий с S1O2 определяется состоянием активных центров поверхности и металла в объеме жидкой фазы, а именно - строением и свойствами существующих в исследуемых растворах комплексов. З.Установлено наличие специфических взаимодействий при адагуляции коллоидных гидроксидов на БіОг-4.Предложена модель механизма адагуляции, рассматривающая участие как донорно-акцепторных, так и водородных связей в закреплении частиц гидроксидов в поверхностном слое. 5.Разработана и апробирована методика электроосмотической десорбции при длительном наложении электрического поля на системы. Показано, что использование электроосмотической десорбции для удаления прочно закрепленных в поверхностном слое компонентов принципиально предпочтительнее пресс-фильтрационной.
Практическая значимость. Результаты, полученные в работе, могут
служить основой для выработки рекомендаций по созданию эффективных
технологий регенерации природных объектов (вод, почв, грунтов),
зараженных соединениями Pb(II), Cu(II), Hg(II), в частности, по выбору
оптимальных условий проведения очистки до ПДК
низкоконцентрированных («КИМ/л) сточных вод, прошедших первичную обработку, и эффективных способов восстановления отработанных сорбентов, а также загрязненых почв и грунтов.
Апробация работы и публикации. Результаты работы представлены на I Международной конференции "Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии" (Россия, Санкт-Петербург, 1996). По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Положения, выносимые на защиту.
экспериментальные данные, описывающие кинетику установления адсорбционно(адагуляционно)-десорбционных равновесий в исследуемых системах;
представления о механизмах специфической адсорбции ионных аква- и гидроксоформ и адагуляции коллоидных гидроксидов металлов на оксидах;
положение о влиянии наличия (или отсутствия) и типа гибридизации на свойства донорно-акцепторных связей, возникающих между адсорбатом и активным центром поверхности адсорбента;
положение об участии донорно-акцепторных и водородных связей в закреплении частиц гидроксида в поверхностном слое;
результаты электроосмотической и пресс-фильтрационной десорбции и вывод о принципиальной предпочтительности использования электроосмотического потока для активного воздействия на состав поверхностного слоя оксидов-адсорбентов.
Объем и структура диссертации. Диссертация, изложенная на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методик исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и приложения. В работе представлено 24 рисунка, 4 таблицы, список литературы, включающий 147 наименований.