III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Особую группу загрязняющих элементов составляют тяжелые металлы (ТМ), обладающие самыми высокими показателями техногенности и токсичности. В настоящее время в качестве экстрагирующих веществ  используются загрязняющие среду соединения. В связи с этим актуален поиск новых дешевых и экологически чистых методик.

Субкритическая вода (температура менее 350⁰С, давление менее 221бар) в последнее время привлекает пристальное внимание как универсальная среда для осуществления химических реакций. Она выполняет функции нетоксичного растворителя с хорошо варьируемыми физико-химическими свойствами (за счет изменения температуры и давления). Данная методика является дешевой и экологически чистой.

Цель работы - апробировать новую методику извлечения тяжелых металлов из почвы субкритической водой.

Задачи. Провести сравнительный анализ разных способов извлечения ТМ субкритической водой: 1) экстракция чистой и подкисленной субкритической водой; 2) при общей и специальной подготовке почвы к анализу.

Объекты и методы. Объектом исследования являются образцы почв мониторинговых площадок, расположенных на разном удалении от Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС) в северо-западном направлении (преобладающее направление по розе ветров). Почва данных площадок  - чернозем обыкновенный карбонатный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке.

Экстракция ТМ субкритической водой - методика, основанная на взаимодействии воды при температуре между 100 и 374⁰С и давлении, достаточном для поддержания воды в жидком состоянии (критическая точка воды: 221бар и 374⁰С). В качестве экстрагентов использовались: в одном варианте - перегретая дистиллированная вода, в другом - перегретая дистиллированная вода, подкисленная 4% HNO₃. Также менялись условия подготовки почвы к экстракции: при просеивании через сито диаметром 1 мм (общая подготовка) и через сито диаметром 0,25 мм (специальная подготовка). Соотношение почва: вода соответственно равно 1: 7. Эксперимент проводился в стационарном реакторе, представляющем собой цилиндр, из нержавеющей стали с диаметром поперечного сечения 30 мм, закручивающийся винтами. Реактор помещался в сушильный шкаф при температуре 200⁰С. Продолжительность опыта составляла 60 мин. Содержимое реактора переносилось на простой складчатый фильтр путем декантации. Дальнейшие анализы велись в фильтрате. Определение содержания ТМ проводилось методом ААС.

Результаты и обсуждения. При использовании субкритической воды, модифицированной 4 % HNO₃, количество извлеченных ТМ  из почв исследуемых площадок значительно возрастает по сравнению с использованием чистой перегретой воды (табл. 1, 2). Данные подтверждаются результатами других исследований. Содержание ТМ в почвенных экстрактах зависит от удаленности от НчГРЭС: с приближением к источнику эмиссии  концентрации металлов возрастает. 

Установлено, что с уменьшением размера почвенных частиц в 4 раза (<0,25 мм) концентрация извлеченных металлов чистой субкритической водой увеличивается  от 2 до 6 раз, а подкисленной субкритической водой - от 3 до 8 раз (табл. 1, 2). Математическая обработка данных показала, достоверность различий при разных условиях экстракции.  

Таким образом, результаты по содержанию ТМ в почвах, полученные на основе экстракции субкритической водой, объективно отражали уровень загрязнения почв.

Работа выполнена при финансовой поддержке проектов Министерства образования и науки Российской Федерации ГК № 16.740.11.0054