Waciwoci Adsorpcyjne Wobec Gronych Trucizn Sorbentu „dolomitowego”
WŁAŚCIWOŚCI ADSORPCYJNE WOBEC GROŹNYCH TRUCIZN SORBENTU „DOLOMITOWEGO”
Piotr Staszczuk
Zakład Fizykochemii Powierzchni Ciała Stałego,
Wydział Chemii, Uniwersytet Marii-Curie Skłodowskiej
Plac M. Curie-Skłodowskiej 3, 20-031 Lublin
Wstęp
Dolomit MgCa(CO3)2 jest nazwany skałą życia ze względu na zawartość magnezu – metalu życia. Jako minerał szeroko rozpowszechniony i łatwo dostępny w przyrodzie, znalazł zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki. Jest m.in. topnikiem w przemyśle hutniczym, szklarskim i ceramicznym, wypełniaczem w produkcji papieru, gumy, tworzyw sztucznych, sorbentem w procesie odsiarczania spalin, filtrem do uzdatniania wód kwaśnych i miękkich. Duże ilości dolomitu zużywa także budownictwo i rolnictwo (nawozy dolomitowe). W przemyśle chemicznym dolomit jest przede wszystkim źródłem związków magnezu – tlenku, wodorotlenku, zasadowego węglanu wapnia i magnezu, które są stosowane jako ekologiczne środki przeciwgołoledziowe. Jest więc obiektem szerokich badań i zainteresowań [1,2]. Obecność magnezu sprawiła, że zaczęto wykorzystywać jego złoża do równoważenia ubytków tego cennego i deficytowego pierwiastka w przyrodzie. Pojawiły się więc dolomitowe nawozy, dodatki paszowe, preparaty farmaceutyczne. Deficyt magnezu w środowisku i w naszych organizmach jest tak znaczny że, stanowi problem społeczny. Niedobór tego pierwiastka spowodowany jest przede wszystkim zanieczyszczeniem środowiska, nieprawidłowym odżywianiem, stresami, inkorporacją ołowiu ze spalin do mózgu. Sytuacje tę może poprawić spożywanie pełnowartościowej żywności lub specjalnych preparatów magnezowych. Odpowiedni poziom magnezu w organizmie chroni go przed działaniem wielu zanieczyszczeń m.in. ołowiu, kadmu, chlorków. Dolomit będąc tanim źródło magnezu może być wykorzystywany jako surowiec wyjściowy do produkcji łatwo przyswajalnych związków magnezu. Związki magnezu takie jak tlenek, wodorotlenek, chlorek, siarczan, węglan, octan, cytrynian, lewulinian, askorbinian, asparaginian są szeroko stosowane w medycynie zarówno do wyrównywania braków magnezu w organizmach jak i przy leczeniu wielu schorze. Ponadto przyjmuje się, że sole organiczne są bardziej aktywne niż nieorganiczne [5,6]. ].
Ostatnio opracowany został sposób otrzymywania sorbentu dolomitowego, który posiada specyficzne właściwości pochłaniania groźnych trucizn, zwłaszcza tlenków azotu i siarki oraz jonów chromu VI) [3,4].
Do preparatyki sorbentu dolomitowego wykorzystano krajowy dolomit naturalny ze złoża Ołdrzychowice-Romanowo i Żelazno (Kotlina Kłodzka). Stosowano dolomit o średnicy ziaren 0,12-0,3 mm. Skład minerału naturalnego określony metodą ASA pomocy spektrofotometru AAS-3 firmy Carl Zeiss Jena (Niemcy) przedstawiaja Tabele 1.
Składnik
Zawartość, %
CaO
30,61
MgO
19.36
Fe2O3
0.30
SiO2
3.10
Tabela 1. Skład ilościowy dolomitu
Sposób otrzymywania sorbentu dolomitowego polega na tym, że rozdrobniony dolomit naturalny wygrzewa się w temperaturze 800 oC. W wyniku tego procesu otrzymuje się z nieporowatej skały całkowicie zmieniony pod względem fizykochemicznym materiał wysokoporowaty o trwałym i odpornym mechanicznie szkielecie z węglanu wapnia i strukturze podobnej do pumeksu. Otrzymany sorbent charakteryzuje się w porówanniu z naturalnym zwiększoną pojemnością adsorpcyjną wynikającą z większej powierzchni właściwej (odpowiednio 18,3 i 0,7 m2/g), objętości (0,07 i 0,01 cm3/g) i promieni (43,3 i 21,2 Ǻ) porów. Ocenę niejednorodności geometrycznej sorbentów dolomitowych wykonano przy pomocy sorptomatu ASAP 2010 V2.00 (Micrometrics Inc., USA). Na Rys. 1 przedstawiono funkcje rozkladu objętości porów względem ich promieni.
Rys. 1.
Przeprowadzono badania właściwości adsorpcyjnych sorbentu dolomitowego wobec groźnych trucizn metodą adsorpcyjnej chromatografii gazowej na przykładzie benzenu, toluenu, n-oktanu i chloroformu. W oparciu o dane chromatograficzne wykreślono izotermy adsorpcji i obliczono funkcje rozkładu energii adsorpcji korzystając z metody ACCA [….], które przedstawiono na Rys. 2.
Rys. 2.
Z przeprowadzonych badań wynika, że wygrzewanie dolomitu naturalnego powoduje bardzo duży wzrost liczby centrów aktywnych w całym zakresie energii oddziaływań. Funkcje rozkładu energii adsorpcji posiadają charakterystyczne dla każdej badanej cieczy maksima w różnych zakresach wartości energii oddziaływań.
Do oceny zdolności adsorpcyjnych dolomitu oraz sorbentów dolomitowych wobec jonów metali toksycznych wybrano chromiany ze względu na ich charakter toksyczny i kancerogenny oraz z uwagi na postać chromu (VI) w roztworze wodnym.
.
Rys. 3.
Przeprowadzono badania właściwości adsorpcyjnych dolomitu naturalnego i sorbentu dolomitowego względem tlenków siarki i azotu. Przy pomocy zbudowanego we własnym zakresie zestawu pomiarowego określono kinetykę procesu adsorpcji tlenków i pojemność adsorpcyjną.
Rys. 4.
Przeprowadzone badania wskazały na możliwość zastosowania sorbentu dolomitowego w pochłaniaczach i adsorberach przeznaczonych do oczyszczania gazów z kwaśnych tlenków.
5. Otrzymywanie asparaginianu magnezu
Do roztworu siarczanu magnezu (2 g MgSO4·H2O, 15 cm3 H2O) wkroplono mieszając roztwór wodorotlenku sodu (1,2g, 10 cm3 H2O). Wytrącony osad wodorotlenku magnezu oddzielono przez filtrację i przemyto wodą destylowaną w celu usunięcia jonów SO4=. Do wilgotnego osadu Mg(OH)2 zawieszonego w 20 cm3 wody destylowanej dodawano porcjami mieszając roztwór kwasu asparaginowego (1,2g, 10 cm3 H2O). Otrzymany roztwór przesączono i zadano 96%-owym etanolem (70 cm3) powoli wkraplając przy ciągłym mieszaniu. Asparaginian magnezu wytrącił się w postaci żywicy którą rozcierano bagietką do uzyskania osadu. Otrzymany osad odfiltrowano, przemyto etanolem i suszono w temperaturze pokojowej. Otrzymano 2,5 g asparaginianu magnezu. Wydajność reakcji wynosi 75,8%. Schemat procesu przedstawiono na Rys. 5Skład ilościowy (głównie ilość cząsteczek wody krystalizacyjnej) preparatów określono na podstawie badań derywatograficznych, natomiast zawartość pierwiastków śladowych oznaczono w Laboratorium Wydziałowym UMCS przy pomocy spektrofotometru AAS-3 firmy Carl Zeiss Jena (Niemcy).
W otrzymanych preparatach oznaczono zawartości w ppm pierwiasków: Ca - 112, Fe – 17,8, Zn- 15,6, Mn – 16,8, Pb -
Podsumowanie Na podstawie przedstawionych wyżej wyników badań można stwierdzić , że proste metody syntezy związków magnezu z dolomitu naturalnego mogą z powodzeniem być wykorzystane do produkcji tanich preparatów. Ze względu na czystość, organiczne związki magnezu mogą być używane jako środki przeciwdziałajace inkorporacji magnezu z naszych organizmów przez grożne trucizny. Literatura A. Bolewski, Mineralogia szczegółowa, PWN, Warszawa 1982. L. Łukwiński, L. Firlus, W. Dymowski, Przegląd Geologiczny, 1994, 6, 42. P. Staszczuk, B. Biliński, E. Stefaniak, E. Szymański, Patent RP Nr. 1777841, 2000. P. Staszczuk, E. Stefaniak, E. Szymński, Przem. Chem., 1996, 75, 224-226. J. Durlach, Magnez w profilaktyce klinicznej,Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich,Warszawa, 1991 Chemiczne substancje toksyczne w środowisku i ich wpływ na zdrowie człowieka, praca zbiorowa pod red. M. Gumińskiej, Komisja Nauk Medycznych- Oddział PAN w Krakowie,Kraków ,1990. P. Staszczuk, St. Radkiewicz, E. Stefaniak, E. Szymański, Polish Journal of Applied Chemistry,XXXVIII, 1994, 4, 625-629. P. Staszczuk i in., Advanced Composite Materials, 1992, 4, 2. J. Supniewski, Preparatyka nieorganiczna, PWN, Warszawa, 1958.
Schemat procesu otrzymywania asparaginianu magnezu.
Related articles::