Эти частные примеры приводят к необходимости выявления и формулирования важнейших функций гумусовых кислот в биосфере. В наиболее общей форме можно говорить о пяти важнейших функциях: аккумулятивной, транспортной, регуляторной, протекторной и физиологической. Их совокупность позволяет достаточно полно понять экологическую роль гумусовых веществ.

Аккумулятивная функция заключается в накоплении в почвах (и в других самостоятельных природных телах) в форме органических соединений углерода; азота, фосфора, других необходимых для жизнедеятельности элементов, включая микроэлементы. Аккумулятивную функцию не следует рассматривать, как пассивное складирование элементов питания, поскольку накопление может происходить и в почвенных растворах. Может быть, с этих позиций стоило бы выделить еще одну функцию - мобилизационную, но думается, что она перекрывается двумя другими - аккумулятивной и регуляторной.

Транспортная функция заключается в формировании геохимических потоков минеральных и органических веществ, преимущественно в водных средах за счет формирования устойчивых, но сравнительно легкорастворимых (или пептизируемых) комплексных соединений гумусовых кислот с катионами металлов, гидроксидами, некоторыми биоорганическими молекулами или образования адсорбционных соединений гумусовых кислот со слоистыми алюмосиликатами. Именно в таких формах, по-видимому, мигрирует в почвенном профиле и в ландшафтах преобладающая часть органических и неорганических соединений.

Регуляторная функция гумусовых кислот сложна и многопланова. К ней можно отнести:

Формирование почвенной структуры и водно-физических свойств почвы;

Регулирование равновесий в реакциях ионного обмена, кислотно-основных, окислительно-восстановительных процессах;

Регулирование условий минерального питания растений за счет влияния гумусовых веществ на растворимость минеральных компонентов и доступность живым организмам;

Регулирование теплового режима почв путем влияния на спектральную отражательную способность почв, на теплоемкость и теплопроводность почвенной массы;

Регулирование процессов внутрипочвенной дифференциации химического состава (внутри- и межгоризонтной).

Протекторная функция заключается в способности гумусовых веществ связывать в малоподвижные или труднодиссоциирующие соединения токсичные элементы или соединения. Выше говорилось, что гумусовые кислоты способны снять неблагоприятное влияние пестицидов на культурные растения. Экспериментально показано, что в почвах с большим запасом гуминовых кислот, гумина резко повышаются предельно допустимые концентрации тяжелых металлов; негативное влияние последних на растения проявляется при значительно более высоком содержании, чем в малогумусных почвах. Снимается и негативное влияние избыточных доз минеральных удобрений. В труднодоступные растениям формы соединений связываются не только тяжелые металлы, но и некоторые радиоактивные изотопы, например стронций. Протекторная функция охватывает не только системы почва - растение, но и другие компоненты ландшафта. Так, было показано, что почвы, особенно хорошо гумусированные, выполняют роль геохимического барьера и предупреждают поступление в грунтовые воды многих веществ. Почвенный покров может удерживать значительное количество катионов и анионов и тем самым поддерживать длительное время качество питьевых вод на хорошем уровне, даже в условиях техногенного загрязнения.

Физиологическая функция гумусовых веществ обсуждена выше. Отметим, что ее проявления весьма разнообразны, но изучены явно недостаточно.

При обсуждении гумусовых веществ в биосфере не были упомянуты такие важные аспекты, как их участие в формировании состава атмосферы, потока газов, направленного от почвы в атмосферу, с чем, в частности, может быть связано и появление парникового эффекта. Не упомянуты и многие другие важнейшие природные механизмы, но этому должна быть посвящена специальная монография. Здесь же важно подчеркнуть, что даже не полностью перечисленные функции гумусовых веществ отражают ведущую роль этих соединений во многих экологических связях и соотношениях и позволяют считать, что гуминовые кислоты - не случайный продукт «перегнивания» растительных и других остатков, а необходимый и неотъемлемый компонент системы почва - растение, сформировавшийся в результате совместной и единой эволюции живого и среды обитания, отражающий неразрывное единство этой системы.

Несмотря на недостаточную изученность гумусовых кислот в целом, за последние 10 - 20 лет появились новые материалы и накоплено много оригинальных данных, раскрывающих структуру ГК и ФК. Этому способствовало внедрение новых оригинальных методов для изучения гумусовых кислот. К таким методам относятся новые совершенные модификации ядерного магнитного резонанса, различных видов хроматографии, пиролитических методов, масс-спектрометрии. Существенно меняются представления в области молекулярных пераметров гумусовых кислот, молекулярно-массового распределения, формирования органо-минеральных соединений с участием гумусовых кислот. Все это требует дальнейшего обобщения и осмысления богатого, а зачастую и противоречивого экспериментального материала. [7]. По А.И. Горовой, физиологическая активность гумусовых веществ наиболее полно проявляет себя при неблагоприятных воздействиях. Физиологическая активность гумусовых веществ важна и интересна не только с агрономических или медицинских позиций. Это свойство заставляет задуматься о природе физиологического действия, а следовательно, о строении, молекулярных формулах гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК). Высокая и многопрофильная активность ГК и ФК обусловлена прежде всего больших набором функциональных групп, причем не только таких обычных, как карбоксильные, фенольные, спиртовые, но также хинонные, аминные, амидные, способные к образованию электровалентных и ковалентных связей, внутрикомплексных соединений. Эти группы обеспечивают регулирование соотношения свободных и комплексных ионов как в почвенном растворе, так и во внутриклеточной среде. Разнообразие и сложность функций, несомненно, связаны с полихимизмом гумусовых кислот, молекулы которых различаются по размерам, а функциональные группы образуют спектр соединений, различающихся по прочности связей и ближайшему окружению удерживаемых катионов металлов. Полидисперсность и полифункциональность обеспечивают высокую буферность гумусовых систем в отношении кислотно-основных, окислительно-восстановительных и многих других реакций.

Такая система неизбежно должна активно регулировать геохимически потоки металлов и некоторых органических соединений в биосфере. Отталкиваясь от физиологической активности ГК и ФК, мы неизбежно приходим к представлениям о единстве живого и гумуса в понимании В.И. Вернадского, к положению о неизбежном формировании системы гумусовых веществ, обеспечивающей современные формы наземной жизни.

Функции органических соединений в почвах разнообразны, а зачастую и противоречивы. Низкомолекулярные вещества обычно легко доступны микроорганизмам и участвуют в процессах мобилизации минеральных составляющих почвы, извлекая многие элементы из труднорастворимых соединений. Гуминовые кислоты выполняют в значительной мере консервативную роль, придавая почвам устойчивые признаки, существующие длительное время и обусловливая их многие важнейшие свойства и функции: запас гумуса, емкость, емкость катионного обмена и пр.

Устойчивые запасы гумуса в почвах обусловлены, прежде всего, гуминовыми кислотами и гумином. Отсюда вытекает общая принципиальная установка: для накопления в почвах гумуса недостаточно привнесения в почву дополнительных количеств органического вещества, будь то в форме растительных остатков, навоза или других органических материалов. Одновременно с внесением должны быть созданы условия, обеспечивающие возможно полную гумификацию органических соединений, т.е. превращение их преимущественно в гуминовые кислоты или в гумин. Это обусловливает важнейшую задачу одновременного и сопряженного изучения строения гуминовых кислот и процесса гумификации. Сопряженный анализ позволяет не только точно и глубоко отвечать на теоретические вопросы, но и разрабатывать эффективные мелиоративные приемы с использованием органических удобрений.

Забота только об устойчивых, консервативных свойствах и фракциях почвенного гумуса явно недостаточна при решении задач повышения плодородия и биологической продуктивности.

Почвенная биота нуждается в постоянно пополняемом запасе лабильных органических веществ. Это достигается как поступлением «свежего» органического вещества, так и частичной мобилизацией запасов специфических гумусовых веществ. Процессы мобилизации могут осуществляться путем химического и ферментативного гидролиза, окисления или восстановления гумусовых веществ, их фотохимической деструкцией, что наиболее интенсивно протекает в поверхностном слое верхнего, гумусного горизонта. Мобилизация органического вещества может сопровождаться переходом соединений в химически и физиологически активные формы. Этим, в частности, можно объяснить несоответствие между стимулирующим эффектом малых доз препаратов гуматов натрия и высоким содержанием малоактивных гуминовых кислот и гуматов в почве. Было высказано предположение, что в процессе выделение из почв и подготовки препаратов гуминовых кислот и гуматов натрия молекулы ГК видоизменяются и переходят в активированную форму. В частности, в щелочной среде под воздействием кислорода воздуха повышается степень окисленности гуминовых кислот, повышается концентрация парамагнитных центров (свободных радикалов) и хиноидных групп, снижаются молекулярные массы. Особенно быстро и активно эти изменения происходят в условиях достаточного освещения, что говорит о фотохимической природе явления. В щелочной среде молекулы гуминовых кислот приобретают «раскрытую» конфигурацию, и тогда боковые цепи и функциональные группы получают больше возможностей для участия в различных реакциях.[7].

2.3 Методы определения меди

Медь относится к числу тех металлов, которые обладают хромофорными свойствами, поэтому среди многочисленных фотометрических методов определения меди имеются как методы, основанные на использовании окрашенных реагентов с хромофорными группами, так и методы, в которых применяют бесцветные реагенты. Большинство методов обладает высокой селективностью. Это подробно описанные ниже дитизоновый, дитиокарбаматный, купроиновый и купризоновый методы или метод с применением бис-(цикло-гексанон)оксалилдигидразона; наибольшей чувствительностью обладает дитизоновый метод. При помощи купризона определяют медь в водной фазе, остальные перечисленные методы относятся к экстракционно-фотометрическим.

2.3.1 Дитизоновый метод

В кислой среде и в присутствии избытка дитизона ионы меди образуют фиолетовый первичный дитизонат Cu(HDz)₂ -- устойчивое соединение, растворимое в неполярных растворителях (СС1₄, СНС1₃). Эта реакция положена в основу чувствительных фотометрических методов определения меди. В щелочной среде образуется менее интенсивно окрашенный желто-коричневый вторичный дитизонат CuDz, также растворимый в СС1₄ и СНС1₃. Вторичный дитизонат меди(П) может образоваться и в нейтральной или кислой среде при недостатке дитизона.

Молярный коэффициент поглощения раствора первичного дитизоната меди Cu(HDz)₂ в четыреххлорпстом углероде равен 4,52*104 при 550 нм, удельное поглощение 0,71.

Реакция образования дитизоната меди протекает довольно медленно, поэтому при экстракции необходимо продолжительное встряхивание и рекомендуется применять механическую качалку. На скорость экстракции благоприятное действие оказывает увеличение концентрации дитизона в органической фазе и низкая кислотность водной среды.

Оптимальная скорость экстракции наблюдается в том случае, когда кислотность анализируемого раствора соответствует рН 1. При этой кислотности и применении 0,001--0,002.%-ного раствора дитизона еще не экстрагируются висмут и другие металлы, реагирующие с дитизоном. Вместе с медью дитизоном экстрагируются благородные металлы Pt, Pd, Au, Ag и Hg, реагирующие с дитизоном. Обычно содержание этих металлов (это чаще всего ртуть и серебро) в исследуемых растворах очень мало, намного меньше, чем содержание меди, и их можно удалить из экстракта в четыреххлористом углероде путем промывания раствором иодида кадия (например, 1%-ного), который дает с ними прочные иодидные комплексы. При наличии хлоридов в исследуемом растворе серебро не экстрагируется. Присутствие в растворе цитратов или тартратов несколько мешает экстракции меди дитизоном.

Удалить благородные металлы, мешающие определению меди, можно предварительной экстракцией их дитизоном из 1 н. раствора минеральной кислоты. Все благородные металлы, кроме палладия, образуют дитизонаты желто-оранжевого цвета, причем скорость экстракции их намного выше скорости экстракции меди. Исследуемый раствор извлекают небольшими порциями раствора дитизона в четыреххлористом углероде до тех пор, пока органический слой перестанет быстро приобретать желтый оттенок и после продолжительного встряхивания станет фиолетовым.

Для фотометрического определения меди можно использовать одноцветные или двуцветные дитизоновые методы. Вымывание свободного дитизона из экстракта при одноцветном методе следует проводить сильно разбавленным раствором аммиака и встряхивать недолго, чтобы избежать частичного превращения первичного дитизоната Cu(HDz)2 , во вторичный CuDz.

Дитизоновый метод применяют для определения меди в различных материалах, в частности в олове, титане и его сплавах, соединениях урана, биологических материалах.

2.3.2 Дитиокарбаматный метод

При добавлении к раствору (при рН 4 -- 11), содержащему небольшое количество ионов меди(П), водного раствора диэтилдитиокарбамата натрия (Na-ДДТК, купраль, карбамат) раствор окрашивается в желто- коричневый цвет вследствие образования коллоидного раствора труднорастворимого комплекса меди. В этом комплексе соотношение Си : ДДТК равно 1:2. Медь соединяется с молекулами реагента посредством двух атомов серы, образуя редко встречающееся внутрикомплексное соединение с четырехчленными циклами. Добавка к раствору защитного коллоида (например, гуммиарабика) делает псевдораствор более устойчивым и позволяет фотометрически определять медь в водной фазе.

В более точном и более чувствительном, чаще используемом экстракционном варианте метода используется растворимость комплекса в органических растворителях, например четыреххлористом углероде, хлороформе, трихлор-этилене, амилацетате, изоамиловом спирте. Экстракция карбамата меди протекает легко, и полученные растворы довольно устойчивы.

Молярный коэффициент погашения раствора комплекса в четыреххлористом углероде при ?_макс = 436 нм составляет 1,4*10⁴ (удельное поглощение 0,22).

Определению меди при помощи диэтилдитиокарбамата натрия мешают металлы, образующие окрашенные карбаматные комплексы, главным образом Fe, Bi, Mn, Ni, Co, Cr, Mo, U. Эффективным маскирующим веществом, значительно повышающим селективность метода, является комплексон III. В тартратной или цитратной среде при рН 8--9 этот реагент маскирует Fe, Mn, Ni, Со, а также Cd, Pb, Zn и РЗЭ, образующие с диэтилдитиокарбаматом бесцветные комплексы. Среди тех металлов, которые дают окрашенные соединения с карбаматом, не маскируются, кроме меди, только висмут и таллий (Ш). После восстановления таллия до Т1(1) он уже не мешает определению меди. Из экстракта, содержащего карбамат меди и висмута, 5 н. раствором соляной кислоты можно извлечь висмут (встряхивать в течение 30 сек). Цианиды разлагают карбамат меди, а комплекс висмута остается неизмененным.

Определению меди, кроме цианидов, мешают также гипосульфиты, окислители и восстановители, которые могут восстановить Cu(ll) до Cu(I) или окислить диэтилдитиокарбамат натрия.

Определение меди усложняется также в связи с тем, что диэтилдитиокарбамат натрия нерастворим в органических растворителях. Кроме того, этот реагент довольно легко разлагается в кислых растворах на диэтиламин и сероуглерод.

Иногда вместо диэтилдитиокарбамата натрия используют диэтилдитио-карбамат диэтиламмония, который растворяется в хлороформе и устойчив к действию кислот.

Исследуемый раствор, содержащий Си(П), осаждают хлороформным раствором реагента.

Шедивец и Вашак избежали мешающего действия некоторых металлов (например, железа, марганца, цинка) на определение меди путем замены диэтилдитиокарбамата натрия карбаматом свинца. При встряхивании раствора этого реагента в хлороформе с водным раствором, содержащим медь, происходит реакция замещения. Этой реакции могут мешать металлы, комплексы которых более прочны, чем комплекс свинца; к числу таких металлов относятся Hg, Ag, Tl(III) и частично Bi. Креймер и Ломехов исследовали кинетику этой реакции.

Дибензилдитиокарбамат цинка менее селективен, чем диэтилдитиокарбамат свинца, но более устойчив в сильно кислой среде, он растворяется в четыреххлористом углероде и хлороформе. С помощью этого реагента можно экстрагировать медь из 1--2 н. соляной или серной кислоты.

Кроме указанных дитиокарбаматов для фотометрического определения меди рекомендуют также пирролидиндитиокарбамат натрия, пиперазин-бис-(дитиокарбамат) натрия и диэтанолдитиокарбамат калия.

Диэтилдитиокарбамат натрия используют для определения меди в цинке, кадмии, свинце, сурьме, титане и цирконии и других металлах, графите, органических соединениях, нефти, сточных водах, воде, почве и растительных материалах.

Метод с применением диэтилдитиокарбамата свинца используют для определения меди в различных металлах, растворах никеля и кобальта и воде.

Дибензилдитиокарбамат цинка нашел применение при определении меди в органических соединениях, пищевых продуктах, растительных материалах, воде и фосфатах.

2.3.3 Купроиновый, неокупроиновый и батокупроиновый методы

Купроин (2,2'-дихинолил), неокупроин (2,9-диметил-1,10-фенантролин) и батокупроин (2,9-диметил-4,7-дифенил-1,10-фенантролин) являются производными 2,2'-дипиридила и 1,10-фенантролина. Эти реагенты образуют с медью(1) окрашенные катионные комплексы. Эти реагенты содержат специфическую для меди(1) группировку, которая характеризуется наличием заместителей у атомов углерода, соседних с атомами азота.

Указанные методы специфичны для меди, но обладают сравнительно невысокой чувствительностью, особенно метод с купроином.

Хост и сотр. обстоятельно разработали условия экстракционно-фотометрического определения меди(1) при помощи купроина. Для экстракции комплекса меди из водного раствора пригодны в первую очередь амиловый и н-гексиловый спирты. В исследуемый раствор вносят восстановитель, чаще всего NH2OH-HCI, устанавливают оптимальное значение рН (в области 4--7) и встряхивают раствор с бесцветным раствором купроина в изоамиловом спирте. Поскольку коэффициент распределения высок (выше 103), часто проводят извлечение только одной порцией раствора купроина.

Из других катионов только Ti³⁺ дает с купроином зеленоватую окраску, которая значительно слабее по сравнению с пурпурной окраской медного комплекса. Из анионов, определению меди мешают цианиды, гипосульфиты, оксалаты и комплексон III.

Хакет добавляет к исследуемому раствору купроин в .метанольном растворе, а экстрагирует комплекс хлороформом.

3.Экспериментальная часть

3.1 Пробоотбор

3.1.1 Бурый уголь и минеральный сорбент (горелая порода шахтных выработок)

Были использовали бурый уголь и минеральный сорбент. Образцы шахтных пород отбирались на шахтах Тульской области ( в соответствии с ГОСТом): Васильевская (Киреевский район, поселок Бородинский); Подмосковная (Веневский район, поселок Грицово); Бельковская (Веневский район, поселок Бельково).

3.1.2 Сапропель

Объект исследования - сапропель (Белгородская область. Красногвардейский район река Тихая Сосна.) Отбор пробы производился по гостовской методике с поверхности залежи сапропеля по 5 л после спуска озера в 10 точках. Река Тихая Сосна берет начало на южных склонах Среднерусской возвышенности (Волоконский район) и несет свои воды по Красногвардейскому, Красненскому и Алексеевскому районам, впадая в Дон. Общая длина реки 161 км, в пределах Белгородской области - 105 км, ширина от 10 до 50 м, пойма большей частью луговая, частично заболоченная. В пойме и по берегам преобладают лиственные леса из дуба - черешчатого, березы, сосны обыкновенной. По левому берегу распространена луговая растительность, основу которой составляют злаковые, бобовые, осоки, подмарейник настоящий, тысячелистник, клевер горный. На реке Тихая Сосна в Красногвардейском районе, находится пойменное озеро-старица. Прибрежная зона озера покрыта тростником, кувшинками, рдестом, элодеей, а на поверхности в большом количестве растет ряска. Данное озеро относится к дистрофным озерам из-за ежегодного накопления в ложе органических остатков.

3.2 Подготовка сорбентов к работе

3.2.1 Бурый уголь

Бурый уголь, измельчали в шаровой мельнице, просеивали через сита c определенным размером отверстий и высушивали до постоянной массы. Для экспериментов брали фракцию с размером частиц 0,5-2 мм.

3.2.2 Сапропель

Пробы усреднялись. Сушка сапропеля производилась на воздухе при комнатной температуре. Измельчали сапропель в мельнице.

3.2.3 Выделение гуминовых кислот

Гуминовые кислоты (ГК) выделяли из деминерализованного сапропеля обработкой 2- и 12%- ными растворами HCl и 0,1 н водным раствором NaOH: одна порция (ГК 1) при комнатной температуре, другая (ГК 2) - при температуре кипения водяной бани; продолжительность выделения в обоих случаях составляла 2 часа. Данную операцию повторяли многократно (6 - 8 раз) до полного выщелачивания ГК. Раствор гуматов затем разлагали 5 %-ным раствором HCl. Выпавший осадок ГК отфильтровывали через взвешенный фильтр «синяя лента», тщательно отмывали дистиллированной водой, ставили на 24 часа на диализ, сушили в сушильном шкафу при t=40 ⁰С и взвешивали.

3.2.4 Горелая порода шахтных выработок

Навеску породы (5 г) промывали дистиллированной водой, удаляя мелкие частицы флотационным методом.

3.2.5 Горелая порода шахтных выработок, модифицированная 5 % -м раствором NaOH

Навеску породы массой 5г, помещали в фарфоровую чашку и заливали 5 % -м раствором NaOH и выдерживали на кипящей водяной бане 30 мин. Модифицированную породу промывали дистиллированной водой, до нейтральной среды по универсальному индикатору, при этом, отделяя мелкие частицы флотационным методом.

3.3 Характеристика сорбентов

3.3.1 Элементный анализ

Элементный анализ выполнялся на автоматическом анализаторе (фирмы «Карло Эрба», модель 1100, Италия).

Условия: температура в реакторе сжигания 1100?С; наполнитель - Cr₂O₃/CuO; газ-носитель - He. Температура в восстановительном реакторе 650?С; наполнитель - Cu - стружка. Температура хроматографической колонки - 127?С; стационарная твердая фаза - хромосорб-102; детектор - катарометр по теплопроводности. Окислитель - AgMnO₄; стандарт - 9-нитроантрацен.

3.3.2 Технически характеристики

3.3.2.1 Методика определения зольности

Предварительно взвешенные тигли прокаливали в муфельной печи при 800 0С в течение 1,5 часов. Затем охлаждали в эксикаторе, взвешивали и снова прокаливали в муфельной печи в течение 30 минут, охлаждали и взвешивали. Далее брали навеску образца (1,5г краснодарского сапропеля и бурого угля), вносили в тигель и помещали в муфельную печь на 1,5 часа при температуре 800 0С, охлаждали и взвешивали. Затем в течение 30 минут снова прокаливали, доводили до постоянной массы и взвешивали.

3.3.2.2 Методика определения влажности

Предварительно взвешенные тигли прокаливали в муфельной печи при 800 0С в течение 1,5 часов. Затем охлаждали в эксикаторе, взвешивали и снова прокаливали в муфельной печи в течение 30 минут, охлаждали и взвешивали. Далее брали навеску образца (1,5г краснодарского сапропеля и бурого угля), вносили в тигель и помещали в сушильный шкаф на 1,5 часа при температуре 110 0С, охлаждали и взвешивали. Затем в течение 30 минут снова прокаливали, доводили до постоянной массы и взвешивали.

3.3 Методика определения содержания меди спектрофотометрически

Фотометрическое определение меди проводили на фотоэлектрокалориметре КФК-3.

Для построения градуировочного графика готовили 14 стандартных растворов, содержащих 0,5, 1,5, 2,5, 3,5, 5,5, 6,5, 8,5, 9,5, 10,5, 12,5, 13,5, 16,5, 17,5, 18,5 мг меди в 25 см³ раствора. Для этого в мерные колбы вместимостью 25 см³ вносили расчетный объем рабочего раствора с концентрацией 1 мг/мл, добавляли в каждую колбу 5 см³ 5% -ного раствора аммиака и доводили объёмы колб до метки дистиллированной водой. Для приготовления раствора сравнения в колбу на 25 см³ приливали 5 см³ 5% - ного раствора аммиака и доводили до метки дистиллированной водой. Все приготовленные стандартные растворы фотометрировали при относительно раствора сравнения. На основании полученных результатов строили градуировочный график в координатах: оптическая плотность от концентрации меди (рис. 1). Для выбора оптимальной длины волны строили спектральную характеристику самого концентрированного стандартного раствора определяя оптическую плотность при разных длинах волн.

Для выбора оптимальной длины волны строили спектральную характеристику самого концентрированного стандартного раствора определяя оптическую плотность при разных длинах волн.

К анализируемому раствору приливали 1 см ³ раствора HNO₃ (1:1), доводили pH до 8-9 растворами натриевой щелочи или серной кислоты, приливали 10 см³ раствора аммиака и доводили объём до 50 см³ дистиллированной водой. Подготовленную пробу фотометрировали относительно раствора сравнения, пользуясь градуировочным графиком, находили содержание меди в анализируемом растворе.

3.4 Определение сорбируемости меди в статических условиях

В коническую колбу помещали навеску (0,5 или 2 г) сорбента и 250 см³ исследуемого раствора. Полученную смесь перемешивали в аппарате для встряхивания 1-2 часа. Через каждые 10 мин отбирали пробы раствора(2 см³) для анализа. Исследуемую пробу вместе с сорбентом центрифугировали до просветления раствора. После чего раствор переносили в колбу на 25 см³ и проводили фотоколориметрический анализ на содержание меди раствора (методика 1.4.). Расчет величин сорбируемости меди проводили по формуле:

(1)

где Г - сорбируемость меди, мгэкв/г

С₀-концентрация меди в исходном растворе, мг/мл

С - равновесная концентрация меди, мг/мл

V - объем исходного медьсодержащего раствора, мл

m - навеска сорбента, г

Э_Cu - эквивалент меди, =32г/экв

4. Результаты экспериментов и их обсуждение

4.1 Градуировачный график для определения содержания меди

4.1.1 Построение спектральной характеристики аммиаката меди

Для выбора оптимальной длины волны строили спектральную характеристику, для этого измеряли оптическую плотность самого концентрированного из серии стандартных растворов при различных светофильтрах (длинах волн).

Спектральная характеристика аммиаката меди Таблица 2

?,нм	308,8	350,0	400,0	450,0	500,0	520,0	540,0	560,0
А	0,070	0,145	0,040	0,042	0,286	0,439	0,614	0,754
?,нм	580,0	600,0	650,0	700,0	750,0	800,0	850,0	900,0
А	0,854	0,888	0,820	0,613	0,398	0,244	0,158	0,106

На основании полученных данных рабочая волна - 600,0 нм.

4.1.2 Построение градуировачного графика

На основании измеренной оптической плотности 14 стандартных образцов (табл.3) был построен градуировочный график (рис.1).

Данные для построения градуировочного графика Таблица 3

Содержание меди в 50 мл раствора, мг	Концентрация меди, мг/мл	Оптическая плотность
		А1	А2	А3	А'
0,5	0,02	0,050	0,050	0,050	0,050
1,5	0,06	0,088	0,092	0,092	0,0907
2,5	0,1	0,153	0,156	0,155	0,155
3,5	0,14	0,217	0,217	0,216	0,217
5,5	0,22	0,324	0,323	0,324	0,324
6,5	0,26	0,392	0,388	0,385	0,392
8,5	0,34	0,502	0,500	0,501	0,501
9,5	0,38	0,555	0,554	0,553	0,554
10,5	0,42	0,611	0,611	0,611	0,611
12,5	0,5	0,691	0,693	0,690	0,691
13,5	0,54	0,734	0,734	0,733	0,734
16,5	0,66	0,867	0,867	0,866	0,867
17,5	0,7	0,893	0,903	0,895	0,897
18,5	0,74	0,933	0,930	0,934	0,932

Рисунок 1 Градуировачный график для определения концентрации меди

4.1.3 Статистическая обработка результатов линейной регрессии.

Для построения графика использовали программу Microsoft Excel. Для расчета коэффициентов a и b в линейном уравнении использовали расчет с помощью программ Microsoft Excel, Sigma Plot 2000, а также по формулам:

y = a + bx

где Р- обычно принимают равным 0,95

Значения для статистической обработки данных Таблица 4

xi	xi2	yi	yi2	xiyi
0,02	0,0004	0,050	0,0025	0,0010
0,06	0,0036	0,0907	0,0082	0,0054
0,1	0,0100	0,155	0,0240	0,0155
0,14	0,0196	0,217	0,0471	0,0304
0,22	0,0484	0,324	0,1050	0,0713
0,26	0,0676	0,392	0,1082	0,0855
0,34	0,1156	0,501	0,2540	0,1703
0,38	0,1444	0,554	0,3069	0,2105
0,42	0,1764	0,611	0,3733	0,2566
0,5	0,2500	0,691	0,4775	0,3455
0,54	0,2916	0,734	0,5388	0,3964
0,66	0,4356	0,867	0,7517	0,5722
0,7	0,4900	0,897	0,8046	0,6279
0,74	0,5476	0,932	0,8686	0,6897
5,080	2,601	6,956	4,670	3,478

Ручная и машинная статистическая обработка данных приводит к коэффициентам линейной регрессии:

Результаты статистической обработки линейной регрессии:

y = a + bx

Таблица 5

Обработка результатов	параметры
	Коэфф. корреляции	а+?a	b+?b	Sa	Sb
По формулам		0,04+0,07	1,3+0,1	0,0323	0,01478
Microsoft Excel	0,9961	0,04	1,3
Sigma Plot 2000	0,9961	0,04+0,1	1,3+0,5	0,0323	0,0139

Коэффициент корреляции составляет 0,9961, что свидетельствует о том, что зависимость между x и y с достаточной вероятностью может быть описана в параметрах линейной регрессии.

4.2 Характеристика бурого угля и сапропелей

4.2.1 Технические характеристики

Были доведены до постоянной массы бурой уголь и сапропели (белгородский и краснодарский). По методике, проведенной в соответствии с ГОСТами: ГОСТ 11022-90, ГОСТ 11306-83, была определена зольность бурого угля и сапропелей и влажность (определена в соответствии с ГОСТом 11305-83. Данные представлены в таблице 6.

Зольность и влажность бурого угля и сапропелей Таблица 6

	Влажность, %	Зольность, %	Органическое вещество, %
Бурый уголь	6,9±0,2	0,1793±0,0009	99,8±0,2
Сапропель (Белгород)	3,9±0,1	82,8±0,0	13,2±0,1
Сапропель (Краснодар)	0,023±0,004	84,0±0,2	16,0±0,2

4.2.2 Элементный анализ

Проводили анализ исходных образцов (бурого угля и сапропелей) на содержание углерода, азота и водорода по методу органического анализа. Результаты анализа представлены в таблице 7.

Элементный анализ образцов Таблица 7

Сорбент	Исходная навеска, масс. % daf	ОМ, масс. %
	С	Н	N	С	H	N	O+S	H/C
Бурый уголь	50,0	4,0	1,4	66,4	0,6	1,9	31,1	0,01
Сапропель (Белгород)	4,6	5,1	4,0	64,7	5,1	4,0	26,2	0,08
Сапропель (Краснодар)	3,9	0,7	0,3	28,5	0,6	1,8	69,1	0,02

4.3 Выделение и характеристики гуминовых кислот

4.3.1 Выделение гуминовых кислот

Методика выделение гуминовых кислот описана в экспериментальной части в пункте [2.3.]. Выход ГК представлен в таблице 9:

Выход гуминовых кислот Таблица 9

Название образца	Выход, мас.% ОМ
Гуминовые кислоты выделенные из сапропеля (Белгород)	11,2
Гуминовые кислоты выделенные из бурого угля	54,9

4.3.2 Элементный анализ

По гостовским условиям был произведен элементный анализ на определение содержания углерода, азота и водорода гуминовых кислот, выделенных из сапропеля и бурого угля.

Элементный анализ образцов Таблиуа 9.1

Сорбент	Исходная навеска, масс. % daf	ОМ, масс. %
	С	H	N	С	H	N	O+S	H/C
ГК из бурого угля	38,4	3,4	1,0	-	-	-	-	-
ГК из сапропеля (белг.)	42,7	3,4	2,6	64,7	5,1	4,0	26,2	0,08

Исходя из результатов гуминовые кислоты, выделенные из бурого угля и белгородского сапропеля близки по элементному анализу.

4.3.3 ИК-спектры ГК

Проведен анализ снятия данных по ИК-спектроскопии гуминовых кислот, выделенных из бурого угля и белгородского сапропеля.

Рисунок 2.ИК-спектр гуминовых кислот, выделенных их сапропеля



Рисунок 3.ИК-спектр гуминовых кислот, выделенных из бурого угля

Соотношение интенсивностей полос для гуминовых кислот Таблица 10

Образец	ICOOH (1700)	IOH (3400)	ICOOH/ IOH
Гуминовые кислоты из сапропеля (Белгород)	85,297	78,142	1,0916
Гуминовые кислоты из бурых углей

Страница:

•  1 
•  2 

курсовая работа "Сорбируемость меди на бурых углях, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах" скачать

Подобные документы

• Механическая и химическая активация фосфоритов Центральных Кызылькумов в присутствии окисленного бурого угля

  Характеристика почвенных гуминовых веществ и бурых углей Ангренского месторождения. Методы переработки фосфатного сырья и ассортимент продукции. Методы увеличения выхода гуминовых кислот из углей. Баланс производства органоминерального удобрения.
  
  диссертация [246,3 K], добавлен 10.07.2015
  

• Химия меди

  Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение в природе. Физические и химические свойства. Комплексные соединения меди. Применение меди в электротехнической, металлургической и химической промышленности, в теплообменных системах.
  
  реферат [62,6 K], добавлен 11.08.2014
  

• Металлы и их сплавы

  Распространение меди в природе. Физические и химические свойства меди. Характеристики основных физико-механических свойств. Отношение меди к галогенам и другим неметаллам. Качественные реакции на ионы меди. Двойные и многокомпонентные медные сплавы.
  
  реферат [68,0 K], добавлен 16.12.2010
  

• Свойства элементов подгруппы меди

  Атомные, физические и химические свойства элементов подгруппы меди и их соединений. Содержание элементов подгруппы меди в земной коре. Использование пиро- и гидрометаллургическиех процессов для получения меди. Свойства соединений меди, серебра и золота.
  
  реферат [111,9 K], добавлен 26.06.2014
  

• Изучение геохимических свойств меди и серебра

  История открытия меди и серебра. Применение меди в промышленности: электротехнике, машиностроении, строительстве, химическом аппаратуростроении, денежном обращении и ювелирном деле. Основные химические свойства и физическая характеристика металлов.
  
  презентация [1,1 M], добавлен 25.03.2013
  

• Определение ионов алюминия и меди (II) в сточной воде

  Физико-химическая характеристика алюминия. Методика определения меди (II) йодометрическим методом и алюминия (III) комплексонометрическим методом. Оборудование и реактивы, используемые при этом. Аналитическое определение ионов алюминия (III) и меди (II).
  
  курсовая работа [53,8 K], добавлен 28.07.2009
  

• Определение меди в виде аммиаката дифференциальным методом

  Методика определения содержания меди в виде аммиаката в растворе, дифференциальным методом. Необходимая аппаратура и реактивы. Основные достоинства дифференциальной спектрофотометрии. Расчет массы аммиаката меди в растворах в колбах. Погрешность опыта.
  
  лабораторная работа [60,7 K], добавлен 01.10.2015
  

• Получение и свойства малахита

  Общая характеристика меди. История открытия малахита. Форма нахождения в природе, искусственные аналоги, кристаллическая структура малахита. Физические и химические свойства меди и её соединений. Основной карбонат меди и его химические свойства.
  
  курсовая работа [64,2 K], добавлен 24.05.2010
  

• Химический элемент медь

  Физические и химические свойства меди: тепло- и электропроводность, атомный радиус, степени окисления. Содержание металла в земной коре и его применение в промышленности. Изотопы и химическая активность меди. Биологическое значение меди в организме.
  
  презентация [3,9 M], добавлен 12.11.2014
  

• Синтез сорбента нековалентно-модифицированного арсеназо I. Сорбционное извлечения Cu (II) из хлоридных растворов

  Изучение физико-химических свойств меди, арсеназо и полигексаметиленгуанидина. Природа поверхности кремнезема, модифицированные кремнеземы. Методика сорбционного концентрирования меди с использованием кремнезема, нековалентно-модифицированного арсеназо I.
  
  курсовая работа [282,2 K], добавлен 20.05.2011
  

Другие документы, подобные "Сорбируемость меди на бурых углях, сапропелях и выделенных из них гуминовых кислотах"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам