Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Ионный обмен на динамических мембранах.

Адсорбция на поверхности раздела минерал - раствор в значительной степени определяет многообразные процессы, протекающие в гетерофазных системах. Поэтому интерес к изучению адсорбции, резко возросший в последние десятилетия, охватывает такие области как геохимия, гидрогеология, океанология, химия воды и технологии водоподготовки, экологическая геохимия и др.

При наличии развитых поверхностей раздела фаз равновесия могут существенным образом изменять состав объемных фаз, поэтому их учет становится необходимым. Такая ситуация имеет место, например, при миграции тяжелых металлов в грунтовых водах и речных взвесях.

При техногенном загрязнении окружающей среды процессы адсорбции приводят к локализации очагов загрязнения. Таким образом, природа до некоторой степени сама справляется с загрязнением, естественным образом уменьшая техногенную нагрузку на воду в отношении растворенных компонентов. Этот эффект используется также в достаточно простом виде: создаются, например, искусственные адсорбционные барьеры на пути миграции тяжелых металлов, либо в качестве геохимического барьера используется грунтовая толща. Среди природных материалов для таких искусственных и природных адсорбционных барьеров изучение свойств гидроксидов трехвалентного железа, являющихся весьма дешевыми и эффективными адсорбентами тяжелых металлов, имеет особое значение.

Среди тяжелых металлов наибольшей токсичностью обладает кадмий; поэтому он вызывает серьезные экологические проблемы при техногенном загрязнении грунтовых и поверхностных вод [2]. Приоритетным природным адсорбентом для кадмия являются гидроксиды железа.

Процессы иммобилизации кадмия как одного из наиболее подвижных и токсичных тяжелых металлов в природных обстановках и в технологических схемах очистки происходят в динамических системах: либо при фильтровании и фильтрации в грунтовой толще, либо при транспорте и последующем соосаждении с взвешенным материалом речного стока.

Динамические мембраны представляют собой класс фильтрующих перегородок, в которых, в отличие от органических мембранных ионообменников (ионитов), развиты процессы растворения и перекристаллизации материала пористой матрицы, сопряженной с ионным обменом, хемосорбцией, сокристаллизацией компонентов фильтрующегося раствора. Как известно большинство природных сред, за исключением лессов и глин, являются слабокислотными и слабоосновными ионообменниками с весьма незначительной емкостью обмена, как правило не превышающей n0.01 – n0.1 mмоль/г твердой фазы. Однако основанная на этих данных точка зрения о незначительности вклада адсорбции в эволюцию состава фильтрующихся растворов находится в противоречии с экспериментально наблюдаемыми при фильтрации эффектами поглощения достигающими, при достаточно высокой дисперсности материала, n10 мг тяжелых металлов/г твердой фазы. Очевидно, что в процессе перекристаллизации тонкодисперсных фаз вплоть до образования кристаллических выделений с незначительной удельной поверхностью такие динамические системы ведут себя как ионообменники с поддерживаемой (неисчерпаемой) емкостью обмена, причем процесс адсорбционного захвата при укрупнении кристаллов, имеет необратимый характер.

Экспериментальная часть работы была посвящена получению информации о скорости возникновения новых, то есть адсорбционно-ненасыщенных центров в единице объема (моль ад.ценр./л сек). В качестве приемлемой и геохимически интересной модельной системы для динамических экспериментов взяты мембраны из рентгеноаморфного Fe(OH)3 и кристаллического гематита и исходные растворы Cd(NO3)2 с концентрацией 10-4 моль/л, подкисленные HNO3 до pH = 4.

1 2 3 4 5