Оценка очищающей способности Карельского шунгита
Авторы: Абашкина Анна, Кондратьева Виктория,2 курс.«Водоснабжение и водоотведение», ГАОУ СПО РК «Петрозаводский техникум городского хозяйства», руководитель: Графова Е.О.
Республика Карелия известна на всю Россию своими богатствами и достопримечательностями. Это Кижи и Валаам, озера и леса и, конечно, шунгит. Шунгит добывается в Медвежьегорском районе – единственном источнике шунгита в России и в мире.
О чудодейственных способностях шунгита складываются легенды, а на рынке повсеместно возникают новости о прекрасных сорбционных свойствах шунгита. Из шунгита производятся декоративные поделки, косметические препараты и сорбционные загрузки для фильтров.
Цель работы: исследовать сорбционные свойства карельского шунгита различных фракций при фильтровании природных вод.
Задачи работы:
1. Оценить сорбционные свойствв разных фракций шунгита при фильтровании природных вод.
2. Определение оптимальной фракции.
3. Сравнить полученные результаты и сделать выводы.
Шунгитовый углерод – это окаменевшая древнейшая нефть, или аморфный, некристаллизирующийся, фуллереноподобный (т.е. содержащий определённые регулярные структуры) углерод. Его содержание в породе около 30%, а 70% составляют силикатные минералы – кварц, слюды. Кроме углерода в состав шунгита входят также SiO2 (57,0%), TiO2 (0,2%), Al2O3 (4,0%), FeO (2,5%), MgO (1,2%), К2О(1,5%), S (1,2%).[3]
Шунгит получил своё название в 1887 году от посёлка Шуньга в Карелии, расположенном на берегу Онежского озера.
Открытие карельского шунгита принадлежит академику Российской Академии Н.Я. Озерецковскому. [2] Шунгит – это природный минерал с организованной определенным образом кристаллической решеткой, в основе которой – углерод. Он является природным сорбентом, используемым для фильтрации воды и очистки ее от вредных примесей. Это его свойство нашло широкое применение – от очистки сточных вод до фильтров в противогазах.
Ученые предполагают, что по мере того, как шунгит, придавленный сверху сотнями метров осадочных пород, погружался в глубины земли, шел процесс его превращения под влиянием сжатия и высокой температуры. [4]
Свойства шунгита: плотность 2,1 –2,4 г/см3; пористость до 5%; электропроводимость 1500 сим/м;
адсорбционно активен по отношению к бактерицидным клеткам, фагам, патогенным сапрофитам; – частицы шунгита, независимо от их размера, обладают биполярными свойствами. Следствием этого является высокая адгезия и способность шунгита смешиваться без исключения со всеми веществами.
Крупные залежи шунгитов находятся в Карелии на территории Заонежского полуострова и вокруг северной оконечности Онежского озера, где разведано и разрабатывается Зажогинское месторождение с запасами 35 млн. т. Шунгитовые залежи известны также в угольных пластах в Крыму и в Сибири. [6]
Чистый шунгит встречается в природе довольно редко, в основном в виде тонких, до 30 см шириной, прожилков. Чаще он присутствует в качестве примеси в шунгитовых сланцах и доломитах, распространённых по всему Заонежью — от Гирваса на западе до Толвуи и Шуньги на востоке.
Шунгит обладает высокой активностью в окислительно-восстановительных процессах, сорбционными и каталитическими свойствами и находится в тесном контакте с входящими в его состав силикатами. Такая структура и свойства шунгита определяют эффективность его использования в окислительно-восстановительных процессах: в доменном производстве литейных (высококремнистых) чугунов; в производстве ферросплавов; в производстве фосфора; в производстве карбида и нитрида кремния; как наполнитель термостойких красок [5].
Исследование сорбционных свойств шунгита
Сорбцией называют процесс поглощения одного вещества другим, независимо от механизма поглощения [1].
Для определения сорбционных свойств шунгита проводятся 2 эксперимента:
1) Определение сорбции с речной водой в течение недели.
2) Определение сорбции наиболее выгодной фракции и соотношении шунгит-вода в течение суток с почасовым анализом и сравнением характеристик, с активированным углем, выполненным на той же воде.
3) В качестве испытуемой воды применялась вода из реки Неглинка (г. Петрозаводск);
4) Оборудование: спектрофотометр ПЭ– 5300 ВИ; набор кювет; фильтровальная бумага; емкости для контактного фильтрования объемом 1 л – 8 шт.; мерная колба; шунгит фракции до 8-10 мм и фракции до 0,2 мм.
Эксперимент №1. Определение сорбционной способности всех фракций шунгита.
В емкости засыпается шунгит выбранной фракции слоем заданного объема, и заполняются водой.
Соотношение шунгита к воде по объему фиксируется. С помощью спектрофотометра ПЭ – 5300 ВИ определяется коэффициент оптической плотности исходной воды. Через каждые 24 часа в течение недели измеряется коэффициент оптической плотности воды, проходившей фильтрование. По коэффициенту плотности воды можно оценить процент сорбции органических и взвешенных веществ. После измерения емкости с загрузкой переворачиваются и возвращаются в начальное состояние для обеспечения перемешивания загрузки.
Результаты эксперимента заносятся в таблицу. Изменение храрктеристик оптической плотности для каждой пробы представлены в виде графиков (Приложение 1)
В результате эксперимента №1 наилучший результат по очищающей способности:
1) оптимальный объем загрузки шунгита – слоем 750 мл;
2) оптимальная фракция шунгита - 8 – 10 мм;
3) наилудшее время очистки – 4 дня;
4) наилудший показатель очистки Е=0,4
Для сравнения сорбционных свойств шунгита и активированного угля, который применяется в промышленных масштабах проводится эксперимент №2.
Эксперимент №2. Сравнение показателей сорбции шунгита и активированного уголя. Одна емкость заполняется пробой шунгита, показавшей гнаилучший сорбционный результат в эксперименте №1. Вторая емкость заполняется тем же объемом гранулированного активированного угля (750 мл).
Каждый час из обеих емкостей забирается вода на анализ и определяется коэффициент оптической плотности обоих образцов.
Почасовое измерение длится в течение двух суток.
7-ми часов. Затем измерение повторяется через 8, 9 и 20 часов с момента последнего замера.
Результаты эксперимента заносятся в таблицу. Изменение храрктеристик оптической плотности для каждой пробы представлены в виде графиков (Приложение 2)
В результате эксперимента №2 наилучший результат по очищающей способности:
1) наилучшую степень очистки E = 0,136 показал активированный уголь
2) наилудшее время сорбции показал активированный уголь – при достижении показателя У= 0,2 составил 15 часов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несомненно, шунгит обладает сорбционными свойствами. Это показали результаты экспериментов. Для достижения результато необходлим достаточно большой объем загрузги 750 мл на 1 литр очищаемой воды и длительное время контакта – 4-5 суток.
Применение для промышленности это не целесообразно из-за дороговизны и невозможности применения в скорых фильтрах. Приемлемой альтернативой является активированный уголь.
Наиболее целесообразнее для шунгита – объемное фильтроварие, т.е. применение в качестве загрузки в медленных фильтрах.
Список использованной литературы
1) Сошников Е.В. Фильтровальные сооружения для очистки природных вод: Учебное пособие. – Хабаровск: ГОУ ВПО «ДВГУПС», 2009 [Электронный ресурс] // Центр дистанционного образования Дальневосточного государственного университета путей сообщения. URL: http://edu.dvgups.ru.
2) Месторождение шунгитовых пород [Электронный ресурс] // ООО Научно-производственный комплекс «Карбон-шунгит». URL: http://shungitnpk.ru.
3) Шунгит – природный материал [Электронный ресурс] // Медицинская информационная сеть. URL: http://www.medicinform.net.
4) Шунгит – шунгитоносные породы [Электронный ресурс] // Электронная библиотека КарНЦ РАН. URL: http://dl.krc.karelia.ru.
5) Шунгит [Электронный ресурс] // Википедия свободная энциклопедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Шунгит.
6) Шунгит [Электронный ресурс] // Все о геологии. URL: http://wiki.web.ru/wiki/Шунгит.
 |
Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников X Международного конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды» |