Сорбция ионов кадмия из водных растворов оксидами железа в присутствии органоминеральных компонентов

Введение 6
1 Теоретические сведения о кадмии как о токсикологическом металле 7
1.1 Общие сведения о тяжелых металлах 7
1.2 Влияние кадмия на окружающий мир 9
1.3 Вывод по первой главе 16
2 Сорбционные свойства органоминеральных компонентов 18
2.1 Сорбция 18
2.2 Гуминовые вещества 21
2.3 Магнетит 25
2.4 Оксид алюминия 27
2.5 Вывод по второй главе 29
3 Экспериментальная часть 31
3.1 Объект исследования 31
3.2 Проведение эксперимента 32
Заключение 48
Список используемых источников 49

Весь текст будет доступен после покупки

ВОЗ отмечает, что кадмий занимает пятое место в списке самых опасных химических элементов, влияющих на здоровье людей. Этот металл обычно встречается в природе в незначительных количествах. Но с течением времени, из-за человеческой активности, его концентрация в окружающей среде неуклонно растёт. В среднем, каждый год в атмосферу выбрасывается около 7,73 тонны кадмия. Кроме того, этот элемент способен накапливаться в организмах животных и растений, а также встречается в незначительных количествах в продуктах, таких как овощи, зерновые и корнеплоды с крахмальным содержанием [1].
Кадмий считают вероятным канцерогеном для человека. Это утверждение основано на данных, полученных в результате эпидемиологических наблюдений и лабораторных исследований. Воздействие человека с соединениями с кадмием, в частности оксида и некоторыми сплавами, повышает риски развития онкологических заболеваний легких, дыхательных путей, кишечника, предстательной железы [3].
В связи с этими факторами извлечение ионов кадмия является важной проблемой для экологии. Одним из перспективных подходов к решению этой задачи является создание и применение сорбентов, которые обладают высокой селективностью. Такие материалы обеспечивают эффективное выделение необходимых компонентов из разнообразных растворов. В современной науке особое внимание приходится уделять исследованиям в области органоминеральных сорбентов в связи их эффективными сорбционными свойствами, а также в связи с широкой распространенностью их компонентов в природе. Благодаря ван-дер-Ваальсовым силам неполярная углеродная структура этих материалов способна эффективно улавливать органические вещества в водной фазе, а минеральная часть обеспечивает вытягивание металлических ионов из раствора через процесс ионного обмена[6].

Весь текст будет доступен после покупки

1 Теоретические сведения о кадмии как о токсикологическом металле

1.1 Общие сведения о тяжелых металлах


Термин "тяжелые металлы" был введен в обиход немецким химиком Леопольдом Гмелином в 1817 году для обозначения обширного набора загрязняющих элементов. В разных научных публикациях этот термин интерпретируется по-разному, что приводит к значительным колебаниям в списке элементов, причисляемых к тяжелым металлам. Критерии, по которым элементы определяются как тяжелые, включают в себя ряд параметров, таких как атомная масса, плотность, токсичность, их распространённость в природе, а также участие в естественных и антропогенных циклах [9].
Исходя из критерия относительной атомной массы больше 50, в категорию тяжелых металлов входят все элементы, начиная с ванадия, вне зависимости от их плотности. Другой популярный критерий – это плотность, которая должна быть равной или превышать плотность железа (8 г/см3), что включает в список такие металлы, как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, в то время как более легкое олово уже не соответствует этому критерию. В некоторых классификациях используются различные значения пороговой плотности, например, 5 г/см3, или порогового атомного веса. Существуют исключения в некоторых системах классификации, когда благородные и редкие металлы не включаются в категорию тяжелых, либо же нецветные металлы, такие как железо и марганец, исключаются из рассмотрения [44].
Часто понятие «тяжелые металлы» рассматривается преимущественно с медицинской перспективы, а не химической. Включение элемента в эту группу происходит не только на основе его химических и физических характеристик, но и с учетом его биологической активности, токсичности и широкого применения в экономической сфере.
Из-за существующей разницы в трактовке понятия в англоязычной научной среде его применение на протяжении многих лет является объектом критики и является предметом жарких дебатов. В то же время, в русскоязычной науке этот термин обычно не вызывает серьезных возражений.
В более широком понимании, термин «тяжелые металлы» описывается так: это токсичные вещества, которые представляют угрозу для здоровья человека. Они способны накапливаться в организме, приводя к хронической отравлению и последующим нарушениям в работе различных систем организма [8].
На сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и другие.
Загрязняющие элементы, такие как тяжелые металлы, проникают в организм человека через загрязненный воздух, воду, продукты питания, почву и разнообразные бытовые товары. Основным источником этих элементов являются пищевые продукты, поэтому санитарные нормы устанавливают строгие ограничения на их содержание как в готовых блюдах, так и в исходном сырье для их изготовления [10].
Основные металлы, включая железо, медь, цинк и молибден, играют ключевую роль в биологии и необходимы для здорового развития растений, животных и людей в определенных дозах как важные микроэлементы. Однако при превышении нормы они могут нанести ущерб здоровью, накапливаясь в тканях и вызывая различные недуги. Металлы, не приносящие пользы в биологических процессах, например, свинец и ртуть, считаются токсичными. В то же время, некоторые элементы, которые обычно вредны для большинства организмов, как например ванадий или кадмий, могут оказаться полезными для отдельных видов.
Отравление металлами или их токсичность связана с вредным влиянием определенных металлов в определенных состояниях и количествах на организм. Только растворимые металлы обладают токсическими свойствами. Растворимые металлы образуют комплексы, называемые координационными, в которых металлический ион окружен различными лигандами. Лигандами могут быть как молекулы воды в аккомплексах металлов, так и метильные группы, например, в тетраэтилсвинце. В большинстве случаев металлокомплексы представляют собой комплексные соединения с разными лигандами [11].
Токсичные соединения металлов можно нейтрализовать, превращая их в нерастворимые формы или заключая в твердые структуры с помощью хелатообразующих веществ. Кроме того, при значительном уменьшении концентрации комплексы металлов обычно становятся безвредены. В этом контексте растения играют ключевую роль, выполняя функцию по извлечению и уменьшению содержания опасных тяжелых металлов в почве. Один из перспективных подходов к очистке почвы от тяжелых металлов – это фиторемедиация или биоремедиация, однако они не всегда эффективно решают возникающие практические задачи.
Токсичные металлы могут биоаккумулироваться в организме и в пищевой цепи. Особенностью этих металлов является их хроническая токсичность. Особенно это проявляется в отношении радиоактивных тяжелых металлов, например, радия, который так хорошо имитирует кальций, что проникает в костную ткань человека. Аналогичные злокачественные эффекты для здоровья проявляются и при отравлении свинцом и ртутью [13].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Кадмий в организме человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://medimedo.ru/2018/08/27/kadmij-v-organizme-cheloveka/. – Дата доступа: 21.11.2022
2. Кадмий в организме человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://medimedo.ru/2018/08/27/kadmij-v-organizme-cheloveka/. – Дата доступа: 21.11.2022
3. Влияние кадмия на организм человека. Кадмий в организме человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://smokingg.ru/flatulence/vliyanie-kadmiya-na-organizmchelovekakadmii-v-organizme.html.- Дата доступа: 21.11.2020
4. Как можно получить отравление кадмием: симптомы и лечение [Электронный ресурс].- Режим доступа http://zaotravlenie.ru/ximicheskie-otravleniya/otravlenie-kadmiem.html. – Дата доступа: 21.11.2020
5. 50 лет официальному признанию болезни итай-итай [Электронный ресурс]. – Режим доступа https://inosmi.ru/history/20180512/242204685.html. – Дата доступа: 21.11.2020
6. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва - растение. Новосибирск: Наука, 1991
7. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник.- Л.: "Химия",1985.
8. Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: В.А. Филова и др. - Л.: "Химия",1988.
9. Левина Э.Н., Общая токсикология металлов. - М., 1972
10. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. - М.: Мир", 1987.
11. Беликов В.Г. Фармацевтическая химия : учебное пособие : / В.Г. Беликов.– М. : МЕДпресс-информ, 2009. – 616 с.
12. Вредные вещества в промышленности: в 3 кн. Кн. 3. Неорганические и элементорганические соединения: справочник для химиков, инженеров и врачей / Под ред. Н.В.Лазарева. - Л.: Химия, 1977. - 608 с.
13. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов: учебник для вузов / Под ред. Н.И. Калетиной. - М., ГЭОТАР-МЕД, 2008. -1015 с.

Весь текст будет доступен после покупки