Обезжелезивание воды

Оксид Mn₂O₃ под действием разбавленных серной или азотной кислот переходит в MnO₂ и соль Mn(II).

Диоксид MnO₂ - самое распространенное соединение марганца в природе (минерал пиролюзит). Активный MnO₂, получаемый взаимодействием водных растворов MnSO₄ и KMnO₄, - окислитель в органической химии [16].

Марганец - важнейший микроэлемент

Марганец необходим для жизнедеятельности организмов. Недостаток марганца в организме человека может вызвать ряд заболеваний. Минимальная суточная доза составляет 4 мг, лечебная доза от 5 до 35 мг [1, 16].

Марганец - важный антиоксидант. Отмечена способность марганца защищать клетки от разрушительного воздействия избытка железа, порождающего огромное количество свободных радикалов. Марганец укрепляет ткани артерий, делая их более устойчивыми к образованию холестериновых атеросклеротических бляшек. Дефицит марганца вызывает повышенную вероятность развития рака и тенденцию к суицидальному поведению.

Прием марганца улучшает баланс глюкозы в крови сахарным диабетом. Будущим отцам марганец необходим для нормальной подвижности сперматозоидов. При недостатке марганца в организме беременных повышается вероятность аномалий развития плода, в том числе дефектов нервной трубки, из которой формируется нервная система ребенка. Для профилактики и лечения заболеваний костей марганец имеет не меньшее значение, чем кальций.

Марганец необходим для роста, размножения, заживления ран, максимально продуктивной работы мозга, а также нормального метаболизма сахаров, инсулина и холестерина. При отсутствии в организме оптимальных запасов этого микроэлемента повышается вероятность развития ревматоидного артрита, катаркты, множественного склероза и эпилепсии.

Недостаток марганца в почве приводит к его недостатку в продуктах питания. Еще одна причина недостатка марганца - прием железа и кальция, действующих как антагонисты марганца [1].

Образцы фильтрующих загрузок

Катионит КУ-2-8 Катионит КУ-2-8 после обработки с марганцевым раствором FeSO₄ катализатором

Силикатный песок Силикатный песок без катализатора с марганцевым катализатором

Набор реагентов для приготовления установки обезжелезивания воды

1 пакет KMnO₄, цена 80 рублей

2 пакета аскорбиновой кислоты, цена 240 Ч 2 = 480 рублей

Приложение 3

Опыт по очистке природной воды

Для опыта использовалась вода из деревни Курганы Минского района.

Наличие железа в данной воде определялось с помощью капельного анализа. По нашей оценке первоначальное содержание двухвалентного железа составляло примерно 3 мг/л, а трехвалентного - примерно 0,5 мг/л.

Необходимые вещества и материалы:

1) пустая 1-литровая пластиковая бутылка с пробкой;

2) марлевый тампон;

3) отмытый и просеянный песок - объем 0,25 л;

4) 0,1 л 0,5%-ного раствора перманганата калия;

5) 0,1 л 0,5%-ного раствора аскорбиновой кислоты;

6) палочка для перемешивания;

7) мерный цилиндр для измерения объема очищенной воды;

8) фарфоровые пластинки для капельного анализа;

9) 50%-ный раствор калий роданида;

10) 25%-ный раствор гексацианоферрата(III) калия.

Описание опыта:

В специально подготовленную бутылку, закрепленную в кольце штатива, внесли 0,25 л песка, затем влили 0,1 л 0,5%-ного раствора перманганата калия, смесь перемешали, добавили 0,1 л 0,5%-ного раствора аскорбиновой кислоты, еще раз тщательно перемешали и оставили смесь на 30 минут для формирования каталитического слоя.

Через нижнее отверстие слили избыток жидкости, добавили дважды по 0,5 л воды для промывания загрузки.

После промывания загрузки начали очистку природной воды от железа. Скорость пропускания воды через установку составляла 1 л/час.

В нашем распоряжении было 2 л природной воды. Пробы очищенной воды для капельного анализа отбирали через каждые 0,25 л. С помощью капельного анализа железо в пробах не было обнаружено.

Вверху: фильтрующая загрузка на основе катионита;

внизу: фильтрующая загрузка на основе песка.

Приложение 4

Методика приготовления рабочего раствора [15]

Для приготовления 0,1 М раствора надо в раствор 50 мл концентрированной серной кислоты в 200 мл воды внести 40 г соли Мора Fe(NH₄)₂(SO₄)₂·6H₂O, после растворения разбавить водой до 1 литра.

Для приготовления 0,0005 М раствора (рабочий раствор) надо отмерить пипеткой 5 мл 0,1 М раствора и разбавить водой до 1 литра.

Методика количественного определения концентрации раствора Fe³⁺ [4]

Определение с(Fe³⁺) основывалось на нахождении количества свободного йода, выделяемого при окислении ионами железа (III) йодид-ионов:

FeCl₃ + KI = KCl + FeCl₂ + 1/2I₂, или

Fe³⁺ + I^- = Fe²⁺ + 1/2I₂

с помощью раствора тиосульфата натрия:

Na₂S₂O₃ + 1/2I₂ = 1/2Na₂S₄O₆ + NaI, или

S₂O₃^2- + 1/2I₂ = 1/2S₄O₆^2- + I^-.

Расчет концентрации с(Fe³⁺) производился по формуле:

с(Fe³⁺) = с(Na₂S₂O₃) · V_ср(Na₂S₂O₃)/ V(Fe³⁺),

где V_ср - среднее арифметическое из трех параллельных измерений.

Перед началом анализа необходимо было стандартизировать раствор тиосульфата по приготовленному из фиксанала раствору дихромата калия, то есть надо было определить с помощью данного раствора тиосульфата количество свободного йода, выделяемого при окислении йодид-ионов стандартным раствором дихромата калия. c(K₂Cr₂O₇) равна 0,01667моль/л.

K₂Cr₂O₇ + KI + 7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂ + 4K₂SO₄ + 7H₂O

2Na₂S₂O₃ + I₂ = Na₂S₄O₆ + 2NaI

Расчет концентрации с(Na₂S₂O₃) производился по формуле:

с(Na₂S₂O₃) = 6 · c(K₂Cr₂O₇) · V (K₂Cr₂O₇)/ V_ср(Na₂S₂O₃),

где V_ср - среднее арифметическое из трех параллельных измерений.

Экспериментальные данные

Анализ тиосульфата натрия.

Реагенты: 0,05 М раствор H₂SO₄, 5%-ный раствор KI, 0,01667 М раствор K₂Cr₂O₇, 0,5% раствор крахмала, ~ 0,02 М раствор Na₂S₂O₃.

Ход анализа: В колбу для титрования внести 10 мл раствора серной кислоты, затем 5 мл раствора KI и 2 мл раствора K₂Cr₂O_7. Колбу поместить в темное место на несколько минут до окончания реакции, а затем оттитровать тиосульфатом до обесцвечивания крахмала. (Крахмал добавлять, когда титруемый раствор станет бледно-желтым)

Наши результаты: 1 опыт - 10 мл раствора Na₂S₂O₃

2 опыт - 10,1 мл раствора Na₂S₂O₃

3 опыт - 10 мл раствора Na₂S₂O₃

V_ср(Na₂S₂O₃) = 10 мл

Таким образом, с(Na₂S₂O₃) = 6 · 0,01667 · 0,002/0,01 = 0,02 моль/л.

Анализ сульфата железа(III)

Реагенты: 0,05 М раствор H₂SO₄, 5%-ный раствор KI, 0,001 М раствор Na₂S₂O₃, 0,5% раствор крахмала, ~ 0,005 М раствор Fe₂(SO₄)₃.

Ход анализа: В колбу для титрования внести 10 мл раствора серной кислоты, затем 5 мл раствора KI и 5 мл раствора Fe₂(SO₄)_3. Колбу поместить в темное место на несколько минут до окончания реакции, а затем оттитровать тиосульфатом до обесцвечивания крахмала. (Крахмал добавлять, когда титруемый раствор станет бледно-желтым)

Наши результаты: 1 опыт - 43,4 мл раствора Na₂S₂O₃

2 опыт - 43,0 мл раствора Na₂S₂O₃

3 опыт - 43,8 мл раствора Na₂S₂O₃

V_ср(Na₂S₂O₃) = 43,4 мл

Таким образом, с(Fe³⁺) = 0,001 · 0,0434/0,005 = 0,0087 моль/л.