В последнее время высокий темп развития промышленности приводят к накоплению огромного количества различных отходов, в том числе тяжелых металлов. В связи с этим достаточно остро стоит вопрос строительства таких полигонов захоронения отходов, которые полностью исключают возможность проникновения тяжелых металлов в подстилающие грунты. Для этого перспективным с нашей точки зрения, является создание сорбционных фильтрующих экранов на основе природных грунтов, модифицированных химическими реагентами. Известно, что отходы большинства производств имеют кислую среду. Соответственно, достаточно перспективно для создания сорбционных экранов использование карбамидных смол, которые в таких условиях легко поликонденсируются, причем необратимо. Таким образом, целью настоящей работы явилась оценка возможности использования карбамидной смолы для создания сорбционных фильтрующих экранов.

Характеристика карбамидной смолы

Карбамидная смола, используемая в экспериментах, марки М-3 имеет плотность 1,184 г/см³ при 20^oС, показатель преломления 1,428, массовая доля свободного формальдегида 0,4%, pH 7,9, условная вязкость при (20,0 0,5)^oС по В3-1 с диаметром сопла 5,4мм 4,5.

Методика

Для проведения эксперимента было взято 10мл чистой карбомидной смолы, к которой по каплям добавлялся 0,1н раствор нитрата свинца. Эксперимент проводился до полного отвердения смолы. Также было проведено обратное исследование, т.е. был взят 0,1н раствор нитрата свинца с pH=2, в который по каплям добавлялась карбамидная смола. В процессе опытов контролировалось изменение pH раствора и концентрация свинца. После отвердения, образцы смолы были подвержены экстракции по методикам Тесье [5]; Евросоюза <Стандарты, меры и испытания> (BCR) [4], Крупской и Александровой (ГОСТ Р 50686-94) [1].Также были сделаны ИК-спектры образцов чистой затвердевшей смолы и смолы после взаимодействия с раствором нитрата свинца. Определения проводились с помощью ИК Фурье спектрометра ФСМ-1201 при волновом числе от 400 до 4000 обратных см.

Обсуждение результатов

Проведенные эксперименты показали, что в процессе полимеризации карбамидной смолы происходит сорбция свинца. Это явление наблюдается как при добавлении карбамидной смолы в раствор нитрата свинца, так и при обратном эксперименте. Процесс полимеризации при добавлении смолы в раствор свинца наблюдается в диапазоне pH от 2 до 5, причем уже при pH=2 смола из раствора поглощает весь свинец (см. график 1), общее количество сорбированного смолой свинца составляет 52,66 мг/г.

В случае добавления раствора свинца в смолу процесс полимеризации смолы наблюдается в диапазоне pH от 8 до 5 (см. график 2), количество сорбированного смолой свинца составляет 61,3 мг/г. Эксперименты по десорбции свинца из отверженной карбамидной смолы показали, что ни одним из использованных в эксперименте растворов, не удалось экстрагировать какого либо количества свинца. Это свидетельствует о том, что свинец встраивается в пространственную структуру полимеризованной смолы. Функциональные циклы карбамидной смолы представляют в виде формулы [2]:

Полимеризация смолы идет за счет образования двойной связи между азотными радикалами циклов. В связи с чем можно ожидать, что свинец встраивается в структуру полимера, образуя связи с обеими радикалами. И действительно это подтверждается данными ИК-спектроскопии. На ИК-спектрах отвержденный под действием свинца образец дает дополнительный пик при волновом числе 903 см-1[3]. Скорей всего этот пик и обусловлен образованием связи N-Pb-N.

Таким образом, проведенные эксперименты показали, что сорбция свинца происходит в процессе поликонденсации карбамидной смолы. При этом свинец жестко встраивается в структуру смолы. В результате чего, его экстракция не возможна, по крайне мере в диапазоне использованных реагентов, что весьма важно при создании подобных экранов.

Список литературы
1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу. М.: <МГУ>,1971г, 487с.
2. Воронкевич С.Т. Основы технической мелиорации грунтов. М.: <Научный мир>, 2005г, 504с
3. Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райской С.М., Славный В.А., Шрейдер Е.Я. Таблицы спектральных линий, 4 издание. М.: <Наука>, 1977г, 800с.
4. Juste C. and Mench M. Long-Term Application of Sewage Sludge and Its Effect on Metal Uptake by Crops. In: Biogeochemistry of Trace Metals."Lewis publishers". 2000, 159-195 pp.
5. Tessier A., PGC. Campbell and Bisson M. Analytical chemistry. Vol 51. 1979, 844-851 pp.