Вперше вивчені адсорбційні властивості гумінових кислот торфів середнього Приобья, які залежать від ступеня розкладання вихідного торфу. Найкращими адсорбційними властивостями характеризуються препарати гумінових кислот з більш високою ступенем розкладання і середнім значенням середнього діаметра пір адсорбції.

Анотація наукової статті з хімічних наук, автор наукової роботи - Сартаков Михайло Петрович


Область наук:

  • хімічні науки

  • Рік видавництва: 2011


    Журнал: Вісник Алтайського державного аграрного університету


    Наукова стаття на тему 'Адсорбційна здатність гумінових кислот торфів Середнього Приобья'

    Текст наукової роботи на тему «Адсорбційна здатність гумінових кислот торфів Середнього Приобья»

    ?УДК 631.4

    М.П. Сартаков

    Адсорбційної здатності гумінових кислот торфу Середнє Пріобье

    Ключові слова: гумінові кислоти, адсорбція, Середнє Пріобье, ізотерми, Ленгмюр, БЕТ, торфи, ботанічний склад, ступінь розкладу, діаметр пір, біоциди.

    Вступ

    Необхідність вивчення складу і властивостей гумінових кислот, що забезпечують реабілітацію забруднених грунтів і вод, в даний час зростає в зв'язку зі збільшенням різноманітності і стабільності, що застосовуються в сільському господарстві біоцидів (гербіцидів, пестицидів, фунгіцидів і ін.). В результаті антропогне-ного фактора регулярне застосування біоцидів в сільському господарстві токсично діє на об'єкти навколишнього середовища [1, 2].

    При цьому грунт і водойми виступають або в якості наступника біоцидів, де вони розкладаються і звідки постійно переміщаються з водними потоками в рослини і живі організми, або як сховище, де деякі з біоцидів можуть перебувати тривалий час без розкладання.

    Можливість використання гумінових кислот в якості сорбентів при рекультивації забруднених середовищ вимагає вивчення їх адсорбційної здатності.

    Об'єкти і методи дослідження

    Як об'єкти дослідження нами були використані препарати гумінових

    кислот, виділених з поверхневих шарів різного типу і виду торфів Середнього Приобья. Вони сформувалися в різних умовах, природно, можна припускати, що відмінності гуміфікації органічної маси повинні знаходити відображення в їх адсорбційної здатності. Витяг проводили за раніше описаною методикою [3]. Ізотерми адсорбції азоту вимірювали на приладі Autosorb р-6В в Інституті каталізу СО РАН.

    Результати досліджень

    Вивчено ізотерми адсорбції азоту на гумінових кислотах торфів Середнього Приобья, виявлено їх відмінності, які дозволили діагностувати особливості молекулярної структури препаратів, що залежить від інтенсивності процесів гуміфікації, обумовленої своєрідними екологічними умовами території, ботанічним складом і ступенем розкладання вихідного органічного матеріалу (табл. 1).

    Результати вивчення сорбіруємості азоту на зразках гумінових кислот різних торфів Середнього Приобья відображені в таблицях 2-4.

    З даних таблиць слід, що при збільшенні одного з показників адсорбційних властивостей гумінових кислот збільшуються всі інші показники, крім ступеня розкладання використаного торфу (табл. 2, 3).

    Види і типи досліджених торфів

    Таблиця 1

    Шифр Основна складова торф, рослинність% R,% Вид і тип торфу

    1.1 Сфагнум вузьколистий 25 30 Сфагновий, верхової

    3.4 Сфагнум бурий 75 20 Сфагновий фускум-торф, верхової

    1.2 Сосна 70 35 Деревне, перехідний

    4.11 Береза ​​пухнаста 65 25 Деревне, перехідний

    2.11 Осока роздута 45 55 Осоковий, перехідний

    5.2 Осоки кочкарние Пухівка 55 20 35 Осоковий, перехідний

    4.2 Пухівка 85 55 пушіцевимі, ​​верхової

    Примітки. % - переважаючі у торфу рослини; R - ступінь розкладу торфу.

    Таблиця 2

    Обсяг і діаметр пор при адсорбції і десорбції гумінових кислот

    при максимальному тиску

    Торфи Гумінові кислоти

    види ступінь розкладу,% max діаметр пір при максимальному заповненні, Е max обсяг заповнених пір при максимальному тиску, см3 / г загальний обсяг пір адсорбції при діаметрі пір від 17.0000AND до 3000.0000 Е, см3 / г загальний обсяг пір десорбції при діаметрі пір від 17.0000 AND до 3000.0000 Е, см3 / г загальний обсяг мікропор (менш 2 нм), см3 / г

    Сфагновий 30 1727,7461 0,002091 0,002082 0,002092 0,000021

    Сфагновий 20 2986,4631 0,000599 0,000506 0,000536 -0,000105

    Деревне 35 1881,0468 0,001191 0,001173 0,001193 -0,000061

    Деревне 25 998,1876 0,000403 0,000237 0,000285 0,000019

    Осоковий 55 1401,3834 0,004457 0,004308 0,004332 -0,000159

    Осоковий 35 1685,3229 0,001916 0,001922 0,001920 -0,000163

    Трав'яний 55 1547,7163 0,003027 0,002936 0,002977 -0,000071

    Таблиця 3

    Площа адсорбційної і десорбціонной поверхні гумінових кислот торфів Середнього Приобья

    Торф и Гумінові кислоти

    види ступінь розкладу,% загальна питома площа адсорбційної поверхні, м2 / г площа адсорбційної поверхні при діаметрі пір від 17.0000 AND до 3000.0000 Е, м2 / г площа десорбціонной поверхні при діаметрі пір від 17.0000 AND до 3000.0000 Е, м2 / г

    Сфагновий 30 0,3868 0,1885 0,2603

    Сфагновий 20 0,3428 0,1618 0,1920

    Деревне 35 0,1978 0,0942 0,1749

    Деревне 25 0,4257 0,0814 0,1300

    Осоковий 55 0,9545 0,6975 0,7459

    Осоковий 35 0,2994 0,2329 0,2998

    Трав'яний 55 0,5996 0,4308 0,4844

    Таблиця 4

    Середній діаметр пір адсорбції гумінових кислот

    Торфи Гумінові кислоти

    види ступінь розкладу,% середній діаметр пір, Е середній діаметр пір адсорбції, Е середній діаметр пір десорбції, Е площа мікропор, м2 / г

    Сфагновий 30 216,2752 441,7376 321,5437 0,0743

    Сфагновий 20 69,9288 125,0714 111,7103 -0,2122

    Деревне 35 240,8540 497,8875 272,7118 -0,1059

    Деревне 25 37,8809 116,1555 87,6521 0,0594

    Осоковий 55 186,7721 247,0872 232,3063 -0,3308

    Осоковий 35 255,9555 330,0888 256,2554 -0,2321

    Трав'яний 55 201,9447 272,5811 245,8141 -0,1397

    Для гумінових кислот із середнім діаметром пір адсорбції від 247 до 272 Е, зразок 2.11 осоковий перехідний (осока роздута) і 4.2 пушіцевимі верхової (пухівок) торф, спостерігаються найбільші значення загальної питомої площі пекло-

    сорбційної поверхні м2 / г при

    діаметрі пір від 17.0000 AND до 3000.0000 Е м2 / г, max обсяг заповнених пір - при максимальному тиску см3 / г (0.004457-0.003027). ці зразки

    мають також максимальну ступінь розкладу (R = 55%).

    Середній діаметр пір адсорбції гумі-нових кислот всіх зразків коливається від 116 до 497 Е (табл. 4).

    Для зразків гумінових кислот з найменшими значеннями середнього діаметра пір адсорбції (116-125 Е) 3.4 сфагновий фускум-торф верховий (сфагнум бурий), 4.11 деревне перехідний (береза) характерний найменший максимальний обсяг заповнених пір при максимальному тиску 0,000599-0,000403 см3 / г. Ці зразки мають меншу ступінь розкладу (R = 20-25%).

    Зразки гумінових кислот із середнім ступенем розкладання торфу (R = 3035%), з найбільшим середнім діаметром пір адсорбції (330-497Е) 1.1 сфагновий верхової (сфагнум вузьколистий), 1.2 деревне перехідною (сосна), 5.2 осоковий перехідний (осока кочкарних), мають середні значення максимального обсягу заповнених пір при максимальному тиску (0,001191-0,002091 см3 / г).

    Якщо прийняти, що первинні адсорбційні центри мають однакову природою, то адсорбція може бути описана моделлю Ленгмюра. При цьому на одному центрі адсорбується тільки одна молекула, і має місце взаємодія адсорбованих молекул тільки з центрами адсорбції, але не між собою, то

    є латеральні взаємодії відсутні.

    На малюнку 1 представлені форми ізотерм адсорбції азоту гуміновими кислотами за рівнянням Ленгмюра, які чітко підтверджують результати даних в таблицях.

    Слід зазначити, що модель Льон-гмюра досить точно відповідає процесу поглинання і перенесення газоподібних речовин [1].

    Найбільшу адсорбционную здатність мають гумінові кислоти з більшим ступенем розкладання (55%), середню адсорбционную здатність гумінові кислоти із середнім ступенем розкладання (30-35%) і найменшу - гумінові кислоти з найменшим ступенем розкладання (20-25%).

    Механізм адсорбції неполярних молекул азоту відрізняється від механізму адсорбції багатьох полярних речовин. Зважаючи на це азот адсорбується на всіх адсорбційних центрах, наявних на поверхні адсорбенту, а не тільки на активних центрах, роль яких грають ті чи інші функціональні групи, а також структурні дефекти молекул гумінових кислот.

    Додатково врахували теорію полімоле-кулярной адсорбції Брунауера, Еммета, Теллера (БЕТ) (рис. 2).

    №5.2 - осоковий, R = 35%, №2.11 - осоковий, R = 55%, №1.1 - сфагновий, R = 30%.

    Тиск (Р / РО)

    №4.2 - трав'яний, R = 55%, №4.11 - деревне, R = 25%,

    №3.4 - сфагновий, R = 20%, №1.2 - деревне, R = 35%,

    Примітка. R - ступінь розкладу торфу.

    Мал. 1. Ізотерми адсорбції азоту на гумінових кислотах торфів Середнього Приобья

    в координатах рівняння Ленгмюра

    Про №5.2 - осоковий, R = 35%, ^ №4.2 - трав'яний, R = 55%, | №3.4 - сфагновий, R = 20%,

    • №2.11 - осоковий, R = 55%, Ж №4.11 - деревне R = 25%, Про №1.2 - деревне, R = 35%,

    X №1.1 - сфагновий, R = 30%.

    Примітка. R - ступінь розкладу торфу.

    Мал. 2. Ізотерми адсорбції азоту в координатах рівняння БЕТ для гумінових кислот торфів Середнього Приобья

    Діаграма БЕТ визначає показники адсорбції більш рельєфно. Як видно на малюнку 2, отримані хороші прямі, хоча поверхню всіх цих адсорбентів свідомо не однорідна.

    Ізотерми адсорбції мають однакову форму, по якій слід, що зі збільшенням тиску збільшується обсяг заповнених пір, причому в інтервалах відносного тиску від 0,7 до 1,0 спостерігається більш інтенсивне заповнення пір, що доповнює теорію адсорбції Ленгмюра, адсорбції виключно на вільних місцях поверхні , і допускає можливість фізичної адсорбції в другому і наступних шарах. Зразки досліджених гумінових кислот торфів мають 5 рівнів енергії адсорбції.

    Діаграми БЕТ вказують на те, що адсорбція більш ефективно, з меншими зусиллями, з меншими витратами енергії проходить в гумінових кислотах осокових (осока роздута) і трав'яних (пухівок) торфів зі ступенем розкладання 55% з коефіцієнтом кореляції, майже рівним одиниці (R2 = 0 , 9999; 0,9994), потім в гумінових кислотах зі ступенем розкладання 20-35% з трохи меншим коефіцієнтом. Особливо низька кореляційний залежність проявляється у гумі-нових кислот зразка № 5.2 осокового торфу з переважанням осоки кочкарних (R2 = 0,4558). Заповнення пор азотом в

    зразку № 5.2 відбувається при більшому тиску, ніж у інших препаратів.

    Решта припущення теорії Ленгмю-ра - однорідність поверхні і відсутність взаємодії адсорбційних молекул уздовж поверхні - залишені в силі, хоча, звичайно, роль перпендикулярних взаємодій, безсумнівно, більше. При зіткненні молекул парової фази з адсорбованим шаром вони вступають в безпосередній контакт з ним. На поверхні ж ймовірність того, що адсорбовані молекули знаходяться в контакті один з одним, набагато менше, особливо при малих і середніх ступенях покриття. Тільки при високому рівні заповнення внесок поздовжніх взаємодій стає порівняємо з внеском перпендикулярних, тому теорія БЕТ гірше описує експериментальні дані при високих відносних тисках. Опис адсорбції сильно б ускладнилося, якщо враховувати і те, і інше взаємодія. Тому в діаграмі БЕТ ми, як і інші дослідники, враховували перпендикулярні взаємодії, нехтуючи поздовжніми. Але облік всього набору перпендикулярних взаємодій не може бути зроблений в простій теорії. Явище фізичної адсорбції аналогічно конденсації пари, тільки молекула взаємодіє ні з молекулами рідини, а з частками поверхні

    твердого тіла, причому виграна при цьому енергія більше, ніж теплота конденсації, тому теплота адсорбції в першому шарі більше, ніж у другому, у другому більше, ніж в третьому, і т.д. Теплоти адсорбції проходять практично безперервний ряд значень - від теплоти адсорбції на першому шарі Q, до теплоти на зовнішньому шарі Qn. Причому Qn повинна бути близька до Q конденсації [1].

    висновок

    Значимість адсорбційної поверхні гумінових кислот пов'язана зі ступенем розкладання вихідних торфів. Адсорбційна здатність азоту на гумінових кислотах різних торфів Середнього Приобья змінюється в наступній спадної послідовності: ГК з осокових і трав'яних торфів зі ступенем розкладання 55% > ГК з деревних, осокових і сфагнових торфів зі ступенем розкладання 30-35% > ГК з сфагнових і

    деревних торфів зі ступенем розкладання 20-25%. Найкращими адсорбційними властивостями характеризуються препарати гумінових кислот зі ступенем розкладання 55% і середнім значенням 247-272 Е діаметра пір адсорбції.

    бібліографічний список

    1. Карноухов А.П. Адсорбція. Текстура дисперсних і пористих матеріалів / А.П. Карноухов. - Новосибірськ: Наука, 1999. - 469 с.

    2. Мальцева Е.В. Фізико-хімічні

    властивості гумінових кислот, модифікованих методом механоактивації каустичної-біолітов, і їх взаємодію з біоцидами: автореф. канд. хім. наук /

    Е.В. Мальцева. - Томськ, 2010. - 23 с.

    3. Комісарів І.Д. Гумінові препарати / І.Д. Комісарів, Л.Ф. Логінов // Наукові праці Тюменського СХИ. - 1971. - Т. 14. - 266 с.

    + + +


    Ключові слова: гумінових кислот /АДСОРБЦІЯ /Середнє Пріобье /ізотерм /Ленгмюром /БЕТ /торфу /БОТАНІЧНИЙ СКЛАД /РІВЕНЬ РОЗКЛАДАННЯ /Діаметр ПОР /біоциди /MIDDLE PRIOBYE (OB RIVER AREA) /HUMIC ACIDS /ADSORPTION /ISOTHERMS /LANGMUIR /BRUNAUER-EMMET-TELLER EQUATION /PEAT /BOTANICAL STRUCTURE /DECOMPOSITION DEGREE /PORE DIAMETER /BIOCIDES

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити