В. А. САЛОМАСОВ
Научные руководители – В. П. ФИЛИППОВ, д. ф.-м. н., профессор, -- Н. И. ЛАГУНЦОВ, к. ф.-м. н, доцент.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
, Москва
Определение валентного состояния атомов железа в реагенте по очистке воды методом Мёссбауэровской спектроскопии
В МИФИ на кафедрах «Прикладная ядерная физика» и «Молекулярная физика» и при участии ВНИИ Физико-технических измерений при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках соглашения № 14.575.21.0086 был исследован алюмосиликатный реагент по очистке загрязненных вод железосодержащими соединениями в водах артезианских скважин на определение в нем валентного состояния атомов железа.
Проблема очистки загрязненных вод на сегодняшний день является важной проблемой на всех континентах. Для очистки воды используют физико-химические методы, где в качестве реагентов используются различные коагулянты, флокулянты и сорбенты. Знания процессов взаимодействия химических соединений, используемых для водоочистки, с извлекаемыми загрязняющими веществами, в частности, железом, необходимо для создание новых более эффективных реагентов. Эти реагенты должны очистить воду от различных примесей и довести физико-химические показатели до санитарных норм. [1]
Целью настоящей работы является выявление результатов взаимодействия алюмосиликатного коагулянта с железом, содержащемся в воде. Для этого использован метод мёссбауэровской спектроскопии, позволяющий определять валентные и магнитные состояния атомов железа как в кристаллических веществах, так и в аморфных. Исследовано состояние атомов железа в прореагировавшем осадке. Для исследования выбраны модельные воды артезианских скважин Подмосковья. В исследуемую воду ввели реагент, который в процессе взаимодействия с загрязненной водой образовал осадок. Осадок был высушен, и из него приготовлен поглотитель для мёссбауэровских измерений.
Получены мёссбауэровские спектры Fe 57 в режиме пропускания при комнатной температуре(Рис 1.) и при температуре жидкого азота(Рис 2.). Выявлено, что реагент взаимодействует с железом, находящемся в воде, и выпадает в осадок. Установлено, что в осадке образуется две парамагнитные фазы. В одной фазе, составляющей (86±4)%, железо находится в трехвалентном состоянии с изомерным сдвигом IS=0.34±0.02 мм/с с квадрупольным расщеплением QS=0.78±0.02 мм/с. Во второй парамагнитной фазе, составляющей (13±4)%, железо находится в двухвалентном состоянии с изомерным сдвигом IS=1.14±0.02 мм/с, QS=2.38±0.02 мм/с.
Измерения при T=77˚К показали, что на спектрах, полученных при этой температуре, наряду с существованием линий парамагнитных фаз, детектируются линии сверхтонкого магнитного расщепления магнитных фаз. В магнитных фазах железо находится как в двухвалентном, так трехвалентном состояниях. Появление линий сверхтонкого магнитного расщепление магнитных фаз, при T=77˚К, свидетельствует о том, что в выпавшем осадке, железо находиться в виде суперпарамагнитных частиц. Проведены расчеты по оценки размеров этих частиц. [2]
Рисунок 1. Мёссбауэровский спектр осадка при T=293⁰K
Рисунок 2. Мёссбауэровский спектр осадка при T=77⁰K
Список литературы
СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Steen Mшrup, Cathrine Frandsen, Mikkel Fougt Hansen. Uniform excitations in magnetic nanoparticles // Beilstein J. Nanotechnol. 2010, 1, 48–54.
