Технология использования бентонитовых глин в качестве сорбентов солей тяжелых металлов из организма животных в регионах техногенной нагрузки Республики Татарстан

1. ВВЕДЕНИЕ

Техногенное загрязнение стало значимым фактором дестабилизации естественных и искусственных экологических сообществ. В ряде регионов Российской Федерации содержание токсичных химических веществ в компонентах природной среды значительно превышает безопасные пределы. Степень обусловленного хозяйственной деятельностью человека экологического неблагополучия носит отчетливо выраженный региональный характер. Регионы Российской Федерации различаются как по номенклатуре действующих факторов, так и по масштабам их влияния на природную среду. Роль многих из этих факторов, механизмы их миграции и биологического действия до конца не ясны, что определяет необходимость проведения фундаментальных научных исследований, направленных на идентификацию механизмов миграции, раздельного и сочетанного действия этих агентов на системном уровне (Р.М. Алексахин, 2006; В.И. Фисинин, 2006; А.В. Иванов, 2005).

Техногенез – это процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Интегральным следствием техногенеза является загрязнение окружающей среды. С экологических позиций загрязнение означает не просто привнесение в среду чуждых элементов (загрязнителей), но и нарушение эволюционно сложившихся режимов действия экологических факторов. Объектом загрязнения является элементарная структурная единица биосферы – биогеоценоз. Он состоит из сообщества земли (почвы), живых растительных (флора) и животных (фауна) объектов (Н.А. Уразаев, 1985; 1990).

Неблагоприятный экологический фон оказывает существенное влияние на состояние здоровья, заболеваемость животных, количественные и качественные показатели их продуктивности. Систематическое поступление токсикантов с кормом вызывает патологические изменения в организме животных, приводит к нарушению метаболизма, иммунологического статуса, нейрогуморальных систем и появлению эндемических региональных болезней с проявлением незаразной патологии (Л.И. Дроздова и др., 2002; М.Я. Тремасов и др., 2005).

Интенсивное воздействие комплекса техногенных факторов на агроэкосистемы, возрастающие нагрузки на организм животных приводят к недостаточности механизмов естественной саморегуляции. Результатом этого являются прогрессирующее снижение продуктивности животных, что требует научно обоснованного подхода к детоксикации организма для получения экологически безопасной животноводческой продукции. В систему мер комплексного подхода к решению вопросов защиты животных от техногенных воздействий необходимо включать препараты, которые при сорбировании солей тяжелых металлов снижают всасывание их в органах пищеварения. Положительные результаты получены при применении элементарной серы (И.Н. Буренкова, 1998), сульфида натрия (В.А. Новиков, 2000), ферроцианидсодержащих препаратов (И.А. Шкуратова, 2001), хитозана (А.Р. Таирова, 2001), фитопрепарата – эраконда (В.Н. Байматов, 2000), белого шлама (В.В. Котомцев, 2003) и др.

Исследованиями последних лет в сельском хозяйстве установлена способность цеолитсодержащих и бентонитовых природных минералов сорбировать и выводить из организма животных соли тяжелых металлов, радионуклиды и другие токсиканты (А.В. Якимов, 1998-2002; М.Г. Зухрабов, К.Х. Папуниди, 1997; А.Х. Яппаров и др., 2005; А.М. Ежкова, 2008).

В группу природных минералов принято относить те, в сложении которых определяющую роль играют породы с высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтровальными свойствами, широким спектром содержания макро- и микроэлементов (У.Г. Дистанов и др., 1990-1998). Наиболее интересны среди них цеолиты, опал-кристобалитовые породы (опоки, трепелы, диатомиты), бентониты, палыгорскитовые глины и сепиолиты, глаукониты, вермикулиты, перлиты и цеолитсодержащие кремнистые породы. Полезные свойства рассматриваемых пород неоднозначны, они зависят как от содержания породообразующих минералов, так и от особенностей их кристаллоструктурного состояния.

Природные минералы по характеру кристаллической структуры и проявлению адсорбционных и других свойств подразделяются на две группы: 1) с кристаллической структурой слагающих их минералов и 2) с аморфной гелевопористой структурой (табл. 1).

В пределах первой группы выделяются подгруппы: а) с каркасной структурой цеолитового типа; характерной особенностью слагающих их породообразующих минералов является жесткая трехмерная кристаллическая решетка с развитой системой внутренних микропор, обуславливающих высокую адсорбционную и обменную емкость, которая реализуется во внутрикристаллических полостях и соединяющих их каналах; б) с ленточно-слоистой и слоистой структурой как разбухающих, так и не разбухающих глинистых минералов. К разбухающим относятся минералы группы смектитов и палыгорскита (основных составляющих бентонитов и палыгорскитовых глин). Им присуща адсорбция и ионный обмен на плоскостях слоистых агрегатов. Неразбухающими (или слаборазбухающими) являются глаукониты и вермикулит, обладающие преимущественно ионообменными свойствами.В группе аморфных природных минералов выделяют: а) силикатные породы опалового типа, в основе которых лежит молекулярный обмен, обусловленный поверхностногидроксильными активными центрами. Для данного типа промышленное значение имеют опалкристобалитовые породы – диатомиты, опоки, трепелы и, в меньшей степени, перлиты; б) алюмосиликатные адсорбенты, представляющие природную смесь твердого геля (в основном гидроксидов кремния и алюминия) (G. Crespo, et al., 1993; K. Hatjilazaridou, et al., 1998; Christie A.B., et al., 2000). К ним можно отнести также бокситы и аллофоны.

Таблица 1. Классификация природных минералов по кристаллоструктурному состоянию и характеру адсорбции (Дистанов У.Г., 1990)

Различия в минеральном составе и кристаллоструктурных особенностях находят отражение в изменчивости величины адсорбционной емкости у различных видов природных минералов и кинетики процессов адсорбции, особенности состава по макро- и микроэлементам. Таким образом, одни виды пород можно отнести к минеральным образованиям с поверхностно-активными свойствами, обязанными взаимодействию частиц адсорбента с гидроксильными группами (кремнеземистые, алюмосиликатные с расширяющейся слоистой структурой). Другие могут вступать также непосредственно в реакцию в основе катионного обмена и рассматриваться как ионообменники (цеолиты, палыгорскиты, бентониты, глаукониты) Диапазон их промышленного использования более широк и разнообразен. Адсорбенты с расширяющейся слоистой структурой (с высокой степенью набухания) представляют интерес как стабилизаторы суспензий (бентониты, палыгорскиты). Некоторые особенности природных минералов в силу своей реакционной способности могут быть активными наполнителями различных композиционных материалов (Ф.Ф. Сабитов и др., 1997, 1999).

В настоящее время известно около тысячи месторождений цеолитов осадочного и вулканического происхождения в различных частях земного шара (A. Russell, 1988; M. O'Driscoll, 1992; Kendall T., 1994; M. Khan, 1997; M. Sailer, 1999; M.Regueiro et al., 2000).

На территории бывшего СССР открыты большие запасы (свыше 15 млрд. т) природных цеолитов, залегающих в виде мощных туфогенно-осадочных пород. Разведанные ресурсы цеолитов на территории России составляют 8-10 млрд. т. Наиболее крупные месторождения вулканического происхождения находятся в Сибири и на Дальнем Востоке. В последние годы обнаружены залежи цеолитов осадочного происхождения в европейской части России и на Урале, но разведка их только начинается. Крупное месторождение сырья (120 млн. т) открыто в 1990 году на территории Республики Татарстан вблизи села Татарские Шатрашаны Дрожжановского района.

Известно около 30 минеральных видов и разновидностей природных цеолитов, образовавшихся при различных геологических процессах. Практическое значение для народного хозяйства имеют клиноптилолит, морденит, мабазит; ведутся исследования по определению областей применения филлипсита и анальцима.

Среди цеолитовых пород выделяются богатые (содержание в породе более 70 %), средние (50-70) и бедные (менее 50 %) по содержанию цеолита. Известно, что основные месторождения высококачественных цеолитов, а также производственные мощности по их обработке в настоящее время находятся либо за пределами России – в Закарпатье, Грузии, Азербайджане, либо приходятся на Дальний Восток и Сибирь, что создает определенные трудности в вовлечении продукции на их основе в экономику Европейской части России (Мдивнишвили О.М., 1979; В.В. Байраков, 1986; Г.В. Сафронов, 1988; И.А. Чонка и др., 1989; Т.Н. Джен, 1991; С.Н. Амелин и др., 1992).

К первой группе относятся высококачественные (содержание цеолита в породе – не менее 70 %, глинистого минерала не более 10 %), основной минеральный тип: морденит, клиноптилолит.

Ко второй группе относятся среднекачественные (содержание цеолита в породе – 60-70 %, глинистого минерала не более 15 %), основной минеральный тип: клиноптилолит, клиноптилолитгейландит.

К третьей группе относятся средне- и низкокачественные (соответственно для среднекачественных содержание цеолита в породе не менее 60 %; для низкокачественных суммарное содержание цеолита, опалкристобалита монтмориллонита не менее 50 %, глинистого минерала не более 24 %), основной минеральный тип: клиноптилолит, смешанные породы. Благодаря разнообразию вещественного состава и физико-химических свойств природные минералы относятся к сырью многоцелевого назначения и применяются практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства.

В промышленности цеолиты применяют при сушке и очистке газов, сточных вод, для обезвоживания органических жидкостей, как наполнители для бумаги, обогащения воздуха кислородом и т.д. (D.B.Hawkins, 1984; Hemken R.W., 1984).

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.