Исследование поглотительной способности энтеросорбентов по отношению к катионам тяжёлых металлов

Актуальность

В аптечке каждого человека можно найти энтеросорбирующие препараты, которые помогают в трудную минуту. Интоксикация организма может быть вызвана различными причинами. Наибольшую опасность, по мнению экологов, биологов и медиков представляют тяжёлые металлы. Так как энтеросорбенты лежат в основе комплекса мер при любой интоксикации организма, они могут назначаться и в случае с отравлениями организма тяжёлыми металлами. Традиционное средство – активированный уголь – на протяжении нескольких веков остаётся самым популярным сорбирующим средством. В настоящее время появляется огромное количество энтеросорбентов нового поколения, например, на основе диоксида кремния коллоидного, полиметилсилоксана полигидрата, смектита диоктаэдрического. Смогут ли энтеросорбенты нового поколения составить достойную конкуренцию традиционному препарату – активированному углю?

Цель

Выявить наиболее эффективный энтеросорбент по отношению к поглощению катионов тяжёлых металлов (Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺) среди популярных у населения препаратов.

Задачи

1. Провести обзор литературных источников по теме исследования.

2. Определить иодное число образцов сорбентов.

3. Определить сорбционную способность образцов сорбентов по отношению к катионам Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺.

4. Провести анализ полученных данных и сделать вывод о сорбционной способности исследуемых образцов сорбентов по отношению к катионам Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Аналитические весы
• Бюретка для титрования
• Лабораторная посуда
• Химические реактивы

Описание

Были исследованы энтеросорбенты старого поколения («Активированный уголь») и нового поколения («Белый уголь» на основе диоксида кремния и «Фильтрум–СТИ» на основе лигнина гидролизного).

Работа состояла из двух этапов.

1 этап. Определение адсорбционной активности энтеросорбентов по иоду.

Для этого навески предварительно высушенных образцов поместили в раствор иода на 30 минут при периодическом перемешивании. Далее автор отобрал аликвоту раствора (10 мл), которую титровал раствором тиосульфата натрия. В конце титрования он добавил 3–5 капель раствора крахмала и титровал до исчезновения синей окраски. Одновременно проводил определение начального содержания йода в растворе. Адсорбционную активность угля по йоду (%) вычислил по формуле:  А₁₌(V₁-V₂)*0,0127*100*10,

                                                                                                   10*m*(1-W)

За результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не превышает допускаемое расхождение, равное 3%.

2 этап. Определение поглотительной способности образцов катионов металлов методом комплексонометрии (Co²⁺ и Ni²⁺) и методом иодометрии (Cu²⁺).

Метод комплексонометрии основан на образовании комплексов натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилона Б) с катионами металлов. В исследуемый раствор, содержащий катионы металлов, автор добавил буферный раствор, который создавал условия для действия индикаторов (для никеля – мурексид, для кобальта – эриохром чёрный Т). Затем провёл титрование до изменения окраски раствора. Для определения поглотительной способности по отношению к катионам меди использовали метод иодометрии. В раствор соли меди добавили раствор иодида калия для выделения свободного иода (его количество эквивалентно количеству катионов меди), к которому во время титрования тиосульфатом натрия прилили 5%-й раствор крахмала и титровали до высветления окраски. Затем сделали расчёт количества поглощённого вещества по разнице содержания определяемого катиона в исходном растворе и растворе после сорбции.

Результаты

1. Иодное число (адсорбционная активность по иоду) для исследуемых образцов убывает в ряду «Активированный уголь» – 60,6%, «Белый уголь» – 15,9%, «Фильтрум–СТИ» – 6,3%.

2. У препарата «Белый уголь» по сравнению с другими препаратами были наибольшие значения сорбционной способности по отношению к катионам тяжёлых металлов (мг/г): Co²⁺ – 4,72; Cu²⁺ – 3,84; Ni²⁺ – 7,08.

Выводы

1. На поглотительную способность энтеросорбентов влияют параметры пористой структуры и природа материала, а, следовательно, и физико-химические свойства их поверхности.

2. «Активированный уголь» имеет наиболее развитую микропористую структуру, которая отвечает в основном за поглощение газов и молекул небольшого размера. Тогда как в случае энтеросорбции важно обеспечить подвод молекул к сорбирующим порам, а также возможность поглощать достаточно крупные органические молекулы. Помимо этого, поглощение происходит из жидкой многокомпонентной среды, следовательно, с большой вероятностью будут происходить конкурирующие друг с другом процессы поглощения компонентов этой среды.

3. Наиболее эффективным энтеросорбентом по отношению к поглощению катионов тяжёлых металлов является препарат «Белый уголь». Энтеросорбенты на основе углеродсодержащего сырья обладают более гидрофобной, по сравнению с «Белым углём» поверхностью, поэтому эффективность их действия ниже.

Перспективы использования результатов работы
Используя сведения об особенностях строения энтеросорбирующих препаратов, можно выбрать более оптимальный в зависимости от ситуации с отравлением.

Награды/достижения

XX Региональная научно-практическая конференция школьников с международным участием «Балтийский регион в современном мире: вчера, сегодня, завтра» – победитель.

Мнение автора
«Я была рада участвовать в научно-практической конференции «Старт в медицину». Это замечательная возможность проверить свои силы в научном мире, а также получить огромный опыт. Это ещё один шаг в науку. Я благодарна организаторам конференции. Они смогли, несмотря на сложную обстановку в мире, оперативно внести изменения в план мероприятий, и конференция прошла на высоком уровне. Особо хочется поблагодарить отдел технической поддержки за их отзывчивость!»