XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Обоснование эффективности угля МеКС для адсорбции биологически активных веществ из окружающей среды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Горбунова К.В. 1

---

1МОУ "Лицей №7"

Кононенко Л.В. 1

---

1МОУ "Лицей №7"

Работа в формате PDF

102.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы работы определяется тем, что полученные результаты являются вкладом в решение проблемы загрязнения биологически активными веществами окружающей среды.

Цель проекта:

Экспериментально проверить и доказать эффективность активного угля МеКС.

Задачи исследования:

1. По литературным данным:

- Установить причины загрязнения окружающей среды биологически активными веществами и выявить последствия загрязнений.

- Выбрать методы борьбы с загрязнениями.

2. Провести химический эксперимент

3. Проанализировать данные и материалы.

4. На основе выводов разработать адресные предложения по улучшению эффективности адсорбции биологически активных веществ из окружающей среды и довести их до адресатов.

Объект исследования: эффективность активного угля МеКС для адсорбции биологически активных веществ

Предмет исследования: активный уголь МеКС

Гипотеза: В начале исследования предположение о том, что на основе проведенного эксперимента удастся доказать, что уголь МеКС обладает высокой эффективностью в адсорбции биологически активных веществ.

Теоретическая часть

Причины загрязнения окружающей среды биологически активными веществами

Источники загрязнения воды органическими веществами делится на две группы:

• источники природного происхождения

• источники, связанные с хозяйственной деятельностью человека

К источникам природного происхождения относятся различные органические соединения, которые входят в состав почвы или образующиеся при разложении и т.д.

Синтетические органические вещества могут попасть в питьевую воду из-за человеческой деятельности. Главные «загрязнители» это - сбросы предприятий.

Нефтеперерабатывающие заводы представляют особую опасность, а также фабрики по производству изделий из меха и кожи, где используют дубильные вещества:

• остатки удобрений

• отходы животноводческих хозяйств

• моющие средства

• бытовые стоки

Последствия загрязнений окружающей среды биологически активными веществами

Размножению патогенных микроорганизмов способствует загрязнение воды органическими веществами. Из-за этого такая вода непригодна для питья и приготовления пищи. Также наличие органики в питьевой воде может вызвать серьезные расстройства здоровья.

Например:

• кишечные инфекции

• заболевания желудка, расстройство пищеварения

• нарушения в эндокринной системе

• кожные заболевания

Это происходит потому, что вода с повышенным содержанием органики – прекрасная среда для размножения болезнетворных микробов.

Биологически активные вещества и их влияние на экологию.

Биологически активные вещества рассматривают в качестве новых загрязнителей окружающей среды. Они проявляют биологическую активность даже в микроконцентрациях, особенно при взаимодействии друг с другом, синергизму(склонны к усилению действия одного препарата другим) и аккумуляции( процесс накопления), поэтому есть необходимость практически полного извлечения такого рода веществ из окружающей среды. Для их извлечения существует несколько методов. Наиболее эффективным методом среди всех является адсорбция активированным углем.

Уголь МеКС

Ранее эффективность угля МеКС не была доказана, т.к. раньше его не использовали для адсорбции биологически активных веществ из окружающей среды. В основном уголь МеКС на данный момент используется, как медицинский сорбент, а также при изготовлении фильтров в некоторых видах противогазов, но я хочу доказать, что МеКС также может быть эффективен и в других случаях.

МеКС изготавливается из абрикосовой косточки. Увеличение пористости из-за специальной обработки значительно увеличивает адсорбирующую поверхность угля. Оказывает энтеросорбирующее, действие. Обладает большой поверхностной активностью, адсорбирует яды и токсины, соли тяжелых металлов, токсины бактериального, растительного, животного происхождения, производные фенола, синильной кислоты, сульфаниламиды, газы.

Адсорбция

Адсорбцией - явление накопления одного вещества на поверхности другого.

Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки. В качестве сорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки). Наиболее универсальными из адсорбентов являются активные угли, но они должны обладать определенными свойствами. Активные угли должны слабо взаимодействовать с молекулами воды и хорошо — с органическими веществами, быть относительно крупнопористыми, чтобы их поверхность была доступна для органических молекул. При малом времени контакта с водой они должны иметь высокую адсорбционную емкость и селективность, малую удерживающую способность при регенерации.

Резюме к главе 1

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод о том, что загрязнения окружающей среды биологически активными веществами происходит по различным причинам и очень важно бороться с ними, иначе это может привести к ужасающим последствиям.

Практическая часть.

Посуда, приборы, реактивы

Для выполнения эксперимента понадобятся: мерные колбы вместимостью 50 см3, пипетки вместимостью 1,5,10 мл, конические колбы, химические стаканы;

Спектрофотометрические измерения проводились на спектрофотометре КФК-3 с прилагающим набором кювет;

В работе использовались следующие реактивы: хлорид алюминия, уксусная кислота, стандартный образец – рутин. Для определения рутина выбрана реакция с хлоридом алюминия в присутствии уксусной кислоты.

Реакция протекает по уравнению:

Рис. Аналитическая реакция рутина с хлоридом алюминия

Образуется комплексное соединения рутина с алюминием (III) окрашенное в ярко-желтый цвет.

Приготовление необходимых растворов

Растворы с точной концентрацией, взвешивание на аналитических весах, разбавление дистиллированной водой в мерных колбах вместимостью 50 см3.

Концентрация водного раствора рутина 0,7 мг/мл(0,035г рутина) Фотометрический реагент для рутина: 2,5 г хлорида алюминия и 47,5 мл дистиллированной воды; 28,5 мл ледяной уксусной кислоты и 70 мл дистиллированной воды.

Алгоритм выполнения эксперимента:

1. Зафиксировать спектр поглощения продуктов аналитических реакций рутина на спектрофотометре КФК-3:

- Стандартный раствор рутина: в мерную колбу, вместимостью 50 см³ внести 7,1 мл растворарутина с концентрацией 0,7 мг/мл, добавить 0,8 мл 5 %-ного раствора хлорида алюминия и 0,2 мл 30 % раствора уксусной кислоты и выдержать в темном месте 15 мин;

Абсорбционность раствора определялась относительно раствора сравнения, который содержал все реагенты, кроме рутина. В таблице приведен спектр поглощения рутина максимум, светопоглощения рутина 380 нм.

Спектральная характеристика

2. Выбор толщины кюветы. Стандартный раствор рутина, приготовленный на первом этапе, использовался для выбора кюветы. Фотоэлектроколориметр КФК-3 содержит в наборе кюветы с толщиной поглощающего слоя 0,5; 1, 2, 3 и 5 см. В таблице представлена зависимость абсорбционности стандартных растворов рутина от толщины поглощающего слоя.

Абсорбционность стандартных растворов рутина должна лежать в интервале значений от 0,2 до 0,8, поэтому для построение калибровочного графика и определение рутина выбрана кювета с поглощающим слоем 0,5 и 1,0 см.

Выбор кюветы

3. Таблица зависимости абсорбции БАВ от концентрации. Необходимо из стандартного раствора рутина методом разбавления приготовить серию стандартных растворов с концентрациями.

Стандартные растворы рутина: в 4 мерные колбы вместимостью 50 см³ внесли 1,7; 3,6; 5,3 7,0 см³ стандартного раствора рутина, добавили по 0,8 см³ 5 %-ного раствора хлорида алюминия и по 0,2 см³ 30 %-ного раствора уксусной кислоты, довели общий объем растворов до метки дистиллированной водой и выдерживали 15 мин в темном месте.

Зависимость абсорбционности от концентрации рутина регистрировали на фотоэлектроколориметре КФК-3 для рутина при аналитической длине волны 380 нм, толщина поглощающего слоя в 0,5 и 1,0 см.

В таблице представлена зависимость абсорбции рутина от концентрации.

Зависимость абсорбции рутина от концентрации

Методика адсорбции: исследования сорбции проводились в статических условиях из водного раствора рутина при температуре 22±2^оС (293±297 К), постоянном перемешивании и рН=7.

Навеску активного угля МеКС (~0,025 г, взвешенную с погрешностью ±0,2 мг) поместили в коническую колбу вместимостью 50 мл, добавили 10 мл водного раствора рутина с концентрацией 0,1 мг/мл, поместили на вибросмеситель (Shaker 3.02), перемешали в ламинарном режиме, через каждые 5 мин отбирали пробу контактного раствора и определяли концентрацию рутина спектрофотометрическим методом.

Для определения времени установления адсорбционного равновесия между сорбентом и сорбатом через каждые 5 мин отбирали пробу контактного раствора и спектрофотометрическим методом определяли концентрации сорбатов (рутин). Концентрацию рутина в растворах рассчитывали по уравнению градуировочной прямой: для рутина А=7,041×с+0,0306, где А – оптическая плотность исследуемого раствора, с – концентрация рутина.

Степень сорбции рутина на сорбенте рассчитывали по формуле:

Полученные экспериментальные данные

Далее для сравнения по той же методике я провела адсорбцию рутина углем БАУ и провела необходимые расчеты

Данные по адсорбции рутина углем БАУ.

Резюме к главе 2. Разбор результатов адсорбции.

По итогам адсорбции углем МеКС можно сделать вывод о том, что изначальное предположение о том, что МеКС обладает высокой абсорбционной способностью экспериментально подтверждено.

А значит, есть смысл в дальнейшем распространении результатов данной работы и донесении полученной информации до администрации промышленных предприятий, которые нуждаются в наиболее эффективной очистке сточных вод.

Подведение итогов

Выводы:

На основании материалов данного исследования можно сделать следующие выводы:

-Уголь МеКС обладает довольно высокой адсорбционной способностью.

-При сравнении степени сорбций угля МеКС и другого наиболее известного вида угля БАУ, можно сделать вывод о том, что он является эффективнее.

-При сравнении времени сорбции, можно сделать вывод о том, что практически полная сорбция биологически активного вещества углем МеКС происходит за 15 минут, а угля БАУ за 30, следовательно уголь МеКС адсорбирует БАВ быстрее.

Адресные рекомендации:

На основе изложенных выводов мной разработаны следующие адресные рекомендации:

Промышленным предприятиям:

- Проводить удаление биологически активных веществ из сточных вод путем адсорбции, используя именно уголь МеКС, т.к. он является эффективнее используемых аналогов.

-Использовать технологии с наименьшим количеством отходов, утилизировать отходы

Законодателям РФ:

-Ужесточить требования к химическому составу сточных вод различных предприятий, т.к. БАУ даже при микроконцентрациях могут оказывать негативное влияние на окружающую среду.

Населению РФ

- Разделять мусор, использовать экохимию, альтернативу различным видам бытовой химии – все это способствует уменьшению загрязнения окружающей среды различными органическими веществами.

- Так как МеКС активно применяется в медицинских целях, для адсорбции БАУ из организма также следует применять активный уголь МеКС.

Заключение:

Для того чтобы реализовать разработанные предложения на практике необходима их широкая огласка, для этого необходимо связаться с администрацией некоторых фармакологических предприятий и предложить им усовершенствованную методику очистки сточных вод от БАВ.

Литература

Когановский А. М., Клименко И. А., Левченко Т. М., Рода И. Г. / Адсорбция органических веществ из раствора.

https://aquacomm.ru/vodosnabzenie/metody-ochistki-stochnyx-vod.html

https://www.vzlet-omsk.ru/sistemy-kanalizatsii/sistemy-i-skhemy-kanalizatsii/klassifikatsiya-i-kharakteristika-stochnykh-vod

https://studbooks.net/842349/ekologiya/vliyanie_stochnyh_sostoyanie_vodoemov

https://multiurok.ru/files/nauchno-issledovatelskaia-rabota-adsorbtsionnaia-

http://chemanalytica.com/book/novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/05_syre_i_produkty_promyshlennosti_organicheskikh_i_neorganicheskikh_veshchestv_chast_I/5943

http://www.best-doctors.ru/preparat?id=15977

https://himanaliz.ua/zagryaznenie-vody-organicheskimi-veshchestvami/

https://porusski.me/2018/11/14/01-kak-pomoch-ecologii/