Сорбционно-спектроскопическое разделение меди и цинка

Цинк относится к числу активных микроэлементов, влияющих на рост и нормальное развитие организмов. В то же время многие соединения цинка токсичны, прежде всего, его сульфат и хлорид. В нейтральной и щелочной воде цинк находится в малорастворимой форме гидроксидов, поэтому малотоксичен. При подкислении воды переходит в подвижную свободную ионную форму. Цинк относительно мало токсичен для теплокровных, но в повышенной концентрации опасен для гидробионтов. Концентрация 0,4 мг/л вызывает гибель колюшки и дафний, лососевые погибают при конценрации цинка равной 0,05 мг/л. Механизм токсического действия — нарушение синтеза металлопротеинов и других металлорганических соединений. Накапливаются соединения цинка, в первую очередь, и печени и скелете. ПДКв Zn2+ составляет 1 мг/л (лимитирующий показатель вредности — органолептический), ПДКвр Zn2+ — 0.01 мг/л (лимитирующий признак вредности — токсикологический).
Цинк занимает 2 место среди микроэлементов по важности, после железа. Любой клетке человеческого организма требуется цинк, чтобы правильно распределять энергию. Триста ферментов регулируют свою работу, благодаря цинку .
2 Теоретические основы ионного обмена
В основе ионообменных процессов лежит способность твердых веществ (ионитов) при контакте с раствором поглощать из него и обменивать свои ионы одинакового знака в строго эквивалентных количествах. Полимерные сорбенты –иониты состоят из каркаса и ионогенной группы, которая включает фиксированный ион и противоион, противоположно заряженные, но равные по величине. В зависимости от знака обмениваемого иона различают катиониты и аниониты; известны также амфолиты –иониты, способные в зависимости от условий сорбции проявлять свойства катионитов или анионитов. Чем больше степень диссоциации ионогенной группы, тем в более широком интервале рН возможен ионный обмен и тем более активен ионит. Различают сильно- и слабокислотные катиониты, а также сильно- и слабоосновные аниониты. Известны иониты: полифункциональные (содержат 2−3 ионогенные группы разной активности); комплексообразующие (ионогенные группы образуют с сорбируемым ионом внутрикомплексные соединения); электроионообменные (ионогенные группы проявляют окислительно-восстановительные свойства).Технология сорбции включает стадии: поглощение ионитом из раствора извлекаемого иона (собственно сорбция), вымывание или элюирование поглощенного иона (десорбция), подготовку ионита (промывка, регенерация). Ионообменные процессы используют для очистки от микропримесей технологических и сточных растворов, в схемах водоподготовки или при разделении поликомпонентных растворов, при сорбционном выщелачивании. Из ионитов готовят мембраны для диализа и электродиализа. Ионообменные процессы чаще всего проводят в аппаратах колонного типа, расположенных последовательно и работающих в непрерывном режиме. В промышленных условиях используют несколько вариантов сорбции. Вариант 1: с неподвижным слоем сорбента. Слой ионита постоянно находится в колонне, и через него последовательно фильтруют рабочий раствор, десорбент, регенерирующий раствор; скорость фильтрации растворов (удельная нагрузка) задается в расчете на единицу объема сорбента в единицу времени, например, дм3/(дм3·ч). По мере насыщения колонны ее отключают и выводят на элюирование; затем осуществляют регенерацию (перевод в нужную форму), промывку и подготовку ионита к очередному циклу сорбции. Вариант 2: с подвижным слоем сорбента. Раствор и сорбент в аппарате непрерывно перемешивается (аэролифтом, пульсацией, мешалкой и др.). Вариант 3: непрерывная противоточная схема. Ионит и раствор перемещаются навстречу друг другу. Различают селективную и коллективную схему сорбции; в первом случае на каждой стадии цикла «сорбция−десорбция» из поликомпонентного раствора извлекают один конкретный элемент. При коллективной схеме все ценные элементы извлекают на стадии сорбции, а разделяют их при элюировании. Показатели сорбции зависят от свойств используемых ионитов, параметров и аппаратурного оформления процесса. Для исследования сорбционных процессов в лабораторных условиях применяют установку (рис. 1) которая включает в себя две-четыре сорбционные стеклянные колонки (бюретки) 1, емкостью 25−100см3, напорные емкости для рабочего раствора 2; дистиллированной воды 3, элюента 4. Высоту слоя (H) предварительно набухшего в воде сорбента определяют из соотношения H_D=12±l. Раствор из соответствующей напорной емкости поступает в сорбционную колонку по полихлорвиниловым трубкам, на один конец которых надета стеклянная трубка, а на другой−резиновая пробка. Для регулирования скорости фильтрации раствора колонки оснащены винтовым зажимом или краном 5. Сорбционные колонки закрепляют в кассетном штативе 6. Фильтрат собирают в мерные емкости 7.