Сорбция тяжелых металлов лигнинсодержащими осадками целлюлозно-бумажной промышленности

Abstract

Актуальность. В настоящее время особенно остро стоит проблема загрязнения почв тяжелыми металлами, которые аккумулируются в организме животных и растений, вызывая различные токсические эффекты. Несмотря на существование различных методов рекультивации нарушенных земель, как правило, их применение неэффективно или дорогостояще, особенно когда речь идет об аномально высоких концентрациях тяжелых металлов. Таким образом, крайне актуальной задачей является поиск эффективных и недорогих способов рекультивации земель, загрязненных высокими концентрациями тяжелых металлов. Статья посвящена изучению возможности использования смеси, полученной из накопленных отходов лигнинсодержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности ОАО «Байкальский ЦБК» в качестве сорбента. Цель: изучение и оценка эффективности использования в качестве сорбента тяжелых металлов смеси, в состав которой входят вымороженные лигнинсодержащие осадки ОАО «Байкальский ЦБК». Методы. Для оценки сорбционной эффективности полученного сорбента из вымороженных осадков шлам-лигнина были взяты образцы аномально загрязненных почв промплощадки бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент», расположенного в МО «г. Свирск» Иркутской области. Для определения поверхностной структуры полученного сорбента на наличие микро-, мезо- и макропор проводилась съемка его поверхности на двухлучевой системе JEOL. Для установления типов связей сорбента с извлекаемыми металлами использовался метод ИК-спектроскопии. Результаты. Исследования показали, что полученный сорбент из вымороженных лигнинсодержащих осадков ОАО «Байкальский ЦБК» имеет пористую структуру с преобладанием мезопор, сорбирующих ионы тяжелых металлов, при этом большое количество микропор способствует возникновению процессов химической сорбции. Полученные ИК-спектры указывают на возможность химической сорбции свинца в результате реакции замещения атома водорода в различных гидроксильных группировках сорбента группы ароматических или карбоксильных структур. При этом полученный сорбент по своим сорбционным свойствам не уступает товарным природным сорбентам - бентонитовой глине и низовому торфу. Проведенные исследования позволяют сделать положительное заключение о возможности применения разработанной смеси в качестве сорбента для иммобилизации тяжелых металлов при рекультивации земель, которые загрязнены высокими содержаниями тяжелых металлов, в том числе свинцом.

Relevance. At present, the problem of soil pollution with heavy metals, which are accumulated in the body of animals and plants, causing various toxic effects, is especially acute. Despite the existence of various methods of reclamation of disturbed lands, as a rule, their application is inefficient or expensive, especially when it comes to abnormally high concentrations of heavy metals. Thus, an extremely urgent task is to find effective and inexpensive ways to recultivate lands contaminated with high concentrations of heavy metals. The article considers one of the promising areas for the reclamation of such lands using a mixture obtained from the accumulated waste of lignin-containing sediments from the pulp and paper industry of Baikal Pulp and Paper Mill as sorbents. Aim. To study and evaluate the effectiveness of using a mixture, which includes frozen lignin-containing sediments of Baikal Pulp and Paper Mill, as heavy metal sorbent. Methods. To assess the sorption efficiency of the obtained sorbent from the frozen sediments of sludge-lignin, the samples of anomalously contaminated soils were taken from the industrial site of the former battery plant "Vostsibelement", located in Svirsk, Irkutsk region. To determine the surface structure of the obtained sorbent for the presence of micro-, meso-, and macropores, its surface was surveyed using a JEOL two-beam system. IR spectroscopy was used to establish the types of bonds between the sorbent and the extracted metals. Results. The studies have shown that the resulting sorbent from the frozen lignin-containing sediments of Baikal Pulp and Paper Mill has a porous structure with a predominance of mesopores, sorbing heavy metal ions, while a large number of micropores contributes to the occurrence of chemical sorption. The obtained IR spectra indicate the possibility of chemical sorption of lead as a result of the reaction of substitution of a hydrogen atom in various hydroxyl groups of the sorbent of the group of aromatic or carboxyl structures. At the same time, the resulting sorbent in terms of its sorption properties is not inferior to commercial natural sorbents - bentonite clay and grassroots peat. The conducted studies allow us to make a positive conclusion about the possibility of using the developed mixture as a sorbent for the immobilization of heavy metals during the reclamation of lands that are contaminated with high levels of heavy metals, including lead