Дисперсти жуйелер

 

Мазмұны

 

Кіріспе		2
І ТАРАУ Әдеби шолу
1.1	Адсорбциялық құбылыстың жалпы сипаттамасы	3
1.2	Адсорбция үрдісі кезінде қолданылатын сорбенттер	4
1.3	Сирек жер металдары туралы қысқаша түсінік	5
II ТАРАУ Тәжірбиелік  бөлім
2.1	Сорбентті алу методикасы	8
2.2	Металл  ионына (Ce3+)  қатысты сорбция үрдісінің жүргізу методикасы	8
2.3	Ерітіндідегі церийді (III) анықтау методикасы	9
2.4	Қолданылған реактивтер мен ерітінділер	9
III ТАРАУ Нәтижелерді талқылау
Қорытынды			15
Пайдаланылған әдебиттер			16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Дүниежүзілік су қорының 0,03% ғана тұщы континенттік су қоймаларына тиесілі, ал олар өз кезегінде ауыз сумен және де өндірістік сумен қамтамасыз ету көздері болып табылады. Қазіргі кезде бүкіл әлемдегі халық санының өсуіне және де өнеркәсәптік өндірістің дамуына байланысты жылдан-жылға тұщы суды пайдалану ауқымы өрістеуде. Сонымен қатар өндірістік ағынды сулардың су қоймаларына жіберілуі де орын алып келеді, ал бұл гидросфераның ластануымен тұщы су қорының сарқылуына әкелуі мүмкін. Осыған байланысты ластанған табиғи және ағынды суларды қайтадан қолданысқа жарамды деңгейге жеткізу үшін оларды ауыр және түсті металдар, улы органикалық қосылыстар, мұнай және т.б. ластандырғыштардан тазартудың тиімді тәсілдері мен әдістерін іздестіру өзекті мәселелердің біріне айналды. 

Қазіргі таңда сорбенттермен суды тазалау ғылым және техника саласындағы негізгі бағыттарының бірі болып табылады. Сорбенттерді пайдалану мақсатына байланысты әртүрлі әдістермен және шикізаттардан алуға болады. Сондықтан табиғи және ағынды суларды тазартудағы тиімді әдістердің біріне синтетикалық бейорганикалық сорбенттер қатысындағы сорбциялау технологиясы жатады.

Кейінгі жылдары белсендірілген көмір, силикагель, алюмогель және т.б. дара бейорганикалық сорбенттермен қатар аралас бейорганикалық сорбенттерді синтездеу бойынша ізденістер кеңінен өрістеуде. Олар екі немесе бірнеше адсорбенттердің қоспасынан тұрады және де қасиеттері өздерінің құрамдастарынан да олардың механикалық қоспаларынан да өзгеше болады. Аралас сорбенттерді синтездеу барысында олардың кеуектілігін, сорбциялық сыйымдылығын, талғамдылығын және басқа да негізгі өте қажетті сипаттамаларын оңай реттеуге мүмкіндік туындайды. Ал жаңа аралас сорбенттер алу мақсатында қызуғышылық тудыратын нысаналар ретінде модификацияланған силикофосфаттар қосылыстары болып табылады. Жоғарыда аталған мәселелерді ескере отырып, осы курстық жұмыс барысында өрік сүйегін түрлендіру арқылы алынған сорбенттің сорбциялық қасиеттері зерттелді. Осыған байланысты жұмыстың негізгі мақсаты: өрік сүйегінен алынған көміртекті сорбенттерде сирек жер металы металы церий иондарына   (Ce3+)  қатысты сорбциялық қасиеттерді зерттеу болып табылады. Осы мақсатқа жету үшін келесі мәселелер қарастырылды:

Өрік сүйегінен сорбентті дайындап, оның қасиеттерін зерттеу;

Металдар иондарының қатысындағы модельді ерітінділерін дайындап, сорбентті қолдана отырып, статикалық жағдайларда адсорбциялық тазалау үрдісін жүргізу;

Сорбция үрдісін жүргізу барысында тиімді жағдайларды анықтау.

 

 

 

І ТАРАУ ӘДЕБИ ШОЛУ

 

1.1 Адсорбциялық құбылыстың жалпы сипаттамасы

 

Берілген дененің (заттың) дисперстілік дәрежесі жоғарылаған сайын, ол өзінің көбейген бетіне басқа дененің көп бөлшегін сіңіреді. Еріген немесе газ қалпындағы заттардың қатты дене немесе сұйықтың бетіне өздігінен жиналып, шоғырлана келіп, қоюлану кұбылысын сорбция деп атайды. Әдетте өзіне басқаны сіңіруші затты —  сорбент, ал оған сіңірілетін затты сорбтив деп атайды. Ал сорбцияға кері құбылысты десорбция дейді. Сорбтив бөлшектері» сорбентке қаншалықты терең сіңуіне байланысты және ондағы пайда болатын өзара әсер мен байланыс күшіне, табиғатына сәйкес сорбция құбылысын карастырады. Егер сіңіру дененін тек беткі қабатында ғана жүретін болса, онда оны адсорбция деп атайды. Мұнда да сіңіруші затты адсорбент, ал сіңірілетін затты адсорбтив деп атайды.

Сорбент пен сорбтив бөлшектерінің табиғаты мен өзара әрекеттесу сипатына орай, сорбция құбылысын физикалық және химиялық деп бөледі. Физикалық сорбция әлсіз және қайтымды. Ол тек молекулааралық, яғни ван-дер-ваальстік күш әсерімен жүзеге асады. Ал химиялық сорбцияны көбіне хемосорбция деп те айтады және ол қайтымсыз, өйткені ол артық не бос валенттілік арқылы іске асады. Хемосорбцияның өзі онан әрі жіктеле келіп, абсорбциялық және адсорбциялық болып бөлінеді. Бұл бөлулер тек шартты ғана.

Капилляр (жіңішке түтікше) конденсациялы сорбциялық процестер деп аталатын құбылыстың негізгі мәні тек сіңіруде ғана емес, мысалы, активті көмірдің өз бойына газдар мен буларды сіңіретіні сияқты, жеңілдетілген қатты қуыс сорбенттердің өз бойына конденсациялануымен де ерекше мәнде болады. Қапиллярлы конденсация ең әуелі оңай да жеңіл қысылатын (сығылатын) газдарда жиі кездеседі.

Капиллярлық конденсация дегеніміз қатты дене (сорбент) қуысында бу сияқты заттардың (сорбтивтердің) конденсациялануы. Конденсация құбылысы температураға, бу серпімділігіне, капилляр диаметріне, қатты сорбенттің беткі қабатының өзіне сұйық күйдегі сорбтивті жұқтыру қабілетіне байланысты. Ондағы капилляр түтігі жіңішке болған сайын және олардың қабырғасы сұйық күйдегі сорбтивті өзіне жақсы жұқтырғанда да конденсациялану тезірек жүреді [1].

Абсорбция дегеніміз сорбент массасына диффузия арқылы газ енгендегі сорбция қүбылысы. Ол берілген бір заттың (сорбтивтің) екінші бір затта (сорбентте) еру құбылысына пара-пар. Фаза араларындағы заттың таралуы Генри заңына бағынады. Қазір абсорбциялық құбылыстар өнеркәсіпте кеңінен қолданылуда. Мысалы, өнеркәсіптегі тұз қышқылын өндіру толығымен хлорлы сутек газын судың абсорбциялау құбылысына негізделген. Нақ осы құбылысқа, яғни газдардың абсорбциясына сүйеніп газдарды зиянды қоспадан тазартады, газ қоспасын бөледі.

Хемосорбция дегеніміз сіңетін және сіңіретін заттар арасын-дағы әрекеттесу терең жүру нәтижесінде жаңа химиялық зат пайда болатын процесс. Бұған мысал ретінде натронды ізбестің көміртек (IV) оксиді мен күкірт (IV) оксидін өзіне сіңіріп, карбонат пен сульфат тұздарын түзетінін келтіруге болады. Хемосорбцияны физикалық сорбция мен абсорбциядан осы кұбылыстар кезінде бөлінетін жылу шамасын өлшеп, ажыратуға болады.

Сорбция үрдісінің сандық сипаттамаларын алу үшін эксперименттік мәндерді сызықты түрдегі Ленгмюр изотермдерінің теңдеулерінің көмегімен өңдейді:

 

                     (1)

 

мұндағы, СP – тепе-теңдік концентрациясы, K – Ленгмюр теңдеуінің константасы;   Amax – шекті адсорбция шамасы;  және Фрейндлих теңдеуі:

 

                 (2)

 

мұндағы,  А — сорбцияланған  зат мөлшері, моль/дм3, К мен n — теңдеудің сорбциялық көрсеткіштері. Фрейндлих теңдеуіндегі дәреже көрсеткші n мен пропорциалану коэффициентін K тәжірбие жүзінде анықталады [2].

 

1.2 Адсорбция үрдісі кезінде қолданылатын сорбенттер

 

Ағын суларды тазарту мәселелерін зерттеу барысында тиімді әдістерді таңдай білу  маңызды қадам болып саналады, сондықтан ағын суларды улы металдардан қауіпсіз, әрі тиімді тазарту үшін әртүрлі технологиялар қолданылады, атап айтсақ, сұйықтық экстракция әдісі, ион алмасу әдісі, сұйық мембрана әдісі, кері осмос әдістері, нанофильтрация әдісі, гибридті процестерге негізделген мембраналық әдіс және түрлі сорбенттермен адсорбциялау тәсілдері кездеседі [3].

Табиғи ауыл шаруашылық саласында пайдаланылған қалдық суларды металл иондарынан арзан әдіспен тазарту көптеген еңбектерде қарастырылған. Соның бірі [4] жұмыста 6 түрлі гальваника өнеркәсібінің суларын күріш сабаны, күріш қабықшасы және күріш кебегін пайдаланып рН-тың бастапқы мәні, металл ионының концентрациясы, адсорбенттің массасы, әсерлесу уақыты және температура секілді физика-химиялық параметрлердің әсерін зерттеу барысында адсорбция құбылысы үшін рН=6 мәні оптималды екендігі анықталған, сонымен қатар, тәжірбиелік мәліметтер Фрейндлих және Халси изотермияларымен өңделіп, диффузия коэффициенті мен аадсорбция энергиясының мәндері адсорбция құбылысының химиялық сипатқа ие екенідігін, ал есептелеген G0, H0 және S0 секілді термодинамикалық параметрлер спонтанды әрі эндотермиялық сипатқа ие екендігін көрсеткен.

Сонымен қатар, кокос жаңғағы бетіндегі Cu(ІІ) иондарының биосорбциясы да зерттелген. Cu(II) 10 мг/л концентрациясында, ағын жылдамдығы  10 мл/мин жағдайы билсорбция процесіне оптималды жағдай болатындығы анықталды. Осы әдебиетте келтірілген мәліметтер әрбір зерттелген метал иондары үшін гидратация энтальпияларының мәнімен түсіндірілді. Сондықтан аталған композит ағын суларды тазартуда өте тиімді болып табылады.

Әртүрлі биологиялық материалдардың металдармен байланысу қабілетін пайдаланып, биосорбция әдісімен қалдық сулар құрамындағы ауыр металдарды бөліп алуға мүмкіндік туды. Биосорбция бактерия, саңырауқұлақтар, ашытқы жасушалары және т.б. металдарды жинай алатын биомассалар секілді өлі микроағзалармен пассивті байланысу процесінің көмегімен металдарды эою үшін пайдаланылатын термин. Биоматериалдарға ауыр металл иондарының сорбция құбылысы биоматериалдардың құрамында болатын ақуыз, көмірсулар және фенол қосылыстарының (себебі олар карбоксил, гидроксил және амин секілді функционалдық топтардан тұрады) металл иондарымен бірігуімен байланыстырылады [5].

 

1.3 Сирек жер металдары туралы қысқаша түсінік

 

Сирек жер элементтер жер қыртысында біршама сирек ұшырасады деп есептелінетін элементтер.

Сирек және сирек-жер элементтері ғылымды көп қажеттісін жоғары технологиялық өнімді шығару үшін негіз болып табылады.Оларды техниканың әр түрлі саласында:радиоэлектроникада, жабдықтар жасауда, химия өнеркәсібінде, металлургияда және т.б. кеңінен пайдалынады.Сирек жер элементтері арнайы қолданатын әйнек құрамына кіреді, сонымен қоса сирек-жер металдарының монокристалдық қосындыларын оптикалық белсенді және линейлы емес элементтерін құру үшін, сондай-ақ автомобиль жасауда қайта зарядталатын аккумуляторлық батарея өндірісінде қолданылады [6].

Сирек жер элементтердің сусыз нитраттары Ln(NO3)3, мұндағы Ln – La, Pr, Nd, Sm, Gd, Y, азот екі оксиді мен жартылай оксидтердің әрекеттесуімен алынды. Сирек жер иондары үшін сәйкес түске боялған үлкен көлемдегі ұнтақтар. Нитраттар сулы ерітінділерден әртүрлі кристалданған судың мөлшерімен кристалданады (1-кесте).

 

Кесте 1

     Нитраттардағы кристалдық судың құрамы

 

Нитрат	Кристалданған судың молекула саны	Нитрат	Кристалданған судың молекула саны
Se	3,4,5,6	Gd	5,6
Y	4,6	Tb	6
La	4,5,6	Dy	5,6
Ce	1,3,4,6	Er	5
Pr	2,4,6	Tu	4
Nd	4,6	Yb	3,3,5,4,5
Sm	4,6	Cp	4,5,5

 

Осы заттарды қыздырғанда немесе кептіргенде кристалдық су азайып, негізгі сирек жер металдарда және LnO∙NO3∙H2O мен Ln2O3∙LnONO3 құрамды негізгі сусыз нитраттарда  аралық кристалогидраттар түзіледі. Егер оларды қатты күйдірсе, олар оксидтерге ауысады. Бейтарапты тұздардың негізгі тұздарға немесе оксидерге ауысу үшін қажет ыдырау температурасы сирек жер элементтердің қасиеттеріне тәуелді. Электртерістілігі оң сирек жер элементтерінің  нитраттары, электртерістілігі теріс сирек жер элементтерінің  нитраттарымен салыстырғанда, жоғары температурада жақсы ыдырайды.

Сирек жер иондары көптеген аддендермен ішкікомплекстік катиондарды түзуге бейім болып келеді. Осылайша, сүт қышқылы иттримен бірге комплекстік катион түзеді: [(CH2-H-COO)2Y], тұрақтылық константасы 9,0∙105 және pK=5,95-ге тең.

Потенциометрлік титрлеу, электрөткізгіштікті, иондар санының ауысуын зерттеу барысында, қышқылды ерітінділерде глутарь қышқылының үшоксидімен лантан ионы [(HOOC∙(CHOH)3∙COO) La(H2O)]2+ немесе [(OOC(CHOH)3∙COO) La(H2O)]n]+ комплексті катион түзетіні анықталды. Қышқылды ортада адден мен лантан ионының орталық атомның әртүрлі қатынастарында глюкон қышқылымен түзіледі: