Анотація до роботи:

Нижник Т.Ю. Вилучення іонів важких металів із водних розчинів з використанням азотвмісного полімерного реагенту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21. – Технологія водоочищення.- Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.

Робота присвячена розробці наукових засад технології вилучення іонів важких металів із водних розчинів з використанням полігексаметиленгуанідину (ПГМГ). В роботі встановлено наявність асоціації іонів важких металів з макромолекулами ПГМГ у водних розчинах з утворенням метало-полімерних комплексів за механізмом депротонування полімерного ліганду. Розраховані ступінчасті та повні константи стійкості комплексів, та побудовані графіки розподілу форм сполук іонів металів в залежності від рН середовища.

Встановлено, що зв’язування іонів металів макромолекулами ПГМГ відбувається всередині статистичних макроклубків, а здатність макромолекул зв’язувати іони важких металів збільшується в концентраційному інтервалі, де проявляється поліелектролітний ефект.

Встановлена поверхнева активність ПГМГ і його здатність переводити іони металів у вигляді метало-полімерних комплексів в поверхневий шар розчину, що дозволило обґрунтувати застосування ПГМГ для вилучення іонів важких металів із водних розчинів методом флотації.

Визначені технологічні умови синтезу ПГМГ. Розроблений метод аналітичного визначення концентрації ПГМГ в присутності іонів важких металів.

Розроблена технологічна схема і проведена апробація технології при очищенні промислових стічних вод. При цьому досягнуті високі ступені (більше 99%) очищення цих вод від іонів важких та перехідних металів.

1. На базі проведених досліджень встановлена наявність асоціації іонів важких металів з макромолекулами ПГМГ у водних розчинах з утворенням метало-полімерних комплексів октаедричної форми, які є продуктом часткового витіснення координованих молекул води вихідного аквакомплексу полімерним лігандом за механізмом депротонування полімерного ліганду. Запропонований механізм утворення та схема координаційного вузла метало-полімерного комплексу, що утворюється при взаємодії макромолекул ПГМГ з іонами важких металів. За допомогою спеціально створеної комп’ютерної програми розраховані ступінчасті та повні константи стійкості комплексів, з використанням яких побудовані графіки розподілу форм сполук іонів металів в залежності від рН середовища.

2. Визначені гідродинамічні, конформаційні та молекулярні характеристики ПГМГ в розведених водних розчинах і вплив на ці характеристики іонів металів. Встановлений концентраційний інтервал (до 3 г/100 г розчину) прояву поліелектролітного ефекту, в якому збільшується здатність макромолекул зв’язувати іони металів. Зв’язування іонів металів макромолекулами ПГМГ відбувається всередині статистичних макроклубків, які утворюють ці макромолекули в розведеному розчині.

3. Показано, що конформаційний стан макромолекул в розчині і на границі поділу фаз визначає спроможність комплексоутворюючих функціональних груп макромолекул до асоціації з іонами низькомолекулярних солей. Встановлена поверхнева активність ПГМГ і його здатність переводити іони металів у вигляді метало-полімерних комплексів в поверхневий шар, що дозволило обґрунтувати застосування ПГМГ для вилучення іонів важких металів із водних розчинів методом флотації.

4. Проведено обґрунтування концентраційних аспектів технології видалення іонів важких металів шляхом побудови діаграм розчинності метало-полімерних комплексів і визначення меж утворення в розчині мікрогетерогенної системи або випадіння осаду та порівняння значень pH утворених систем з розрахованими.

5. Визначені технологічні умови синтезу ПГМГ та вперше запропоновано використання цього полімеру для вилучення іонів важких металів із водних розчинів. Розроблено метод аналітичного визначення концентрації ПГМГ в присутності іонів важких металів.

6. Обгрунтовано основні технологічні параметри ефективного вилучення іонів металів із водних розчинів з використанням ПГМГ та розроблено принципову двоступеневу технологічну схему, яка включає стадію хімічного осадження та флотаційного вилучення іонів важких металів. Апробація технології на дослідній установці при очищенні промислових металовмісних стічних вод підтвердили високу ефективність запропонованого методу вилучення іонів важких металів із водних розчинів до залишкових концентрацій нижче нормативних з використанням ПГМГ. При цьому собівартість очистки не значно відрізняється від технології хімічного осадження з використанням CaO, проте ефективність очистки значно вища.

Публікації автора:

1. Нижник Т.Ю., Баранова А.И., Рокицкая О.В., Нижник В.В. Комплексообразование ионов меди с полигексаметиленгуанидином в водной среде. // Журнал хроматографічного товариства. – 2004. - Т.IV. - №2. – С. 16-25.

2. Нижник Т.Ю., Астрелин І.М., Максименко Г.М., Мініх О.П., Толстопалова Н.М. Флокуляційний метод видалення іонів важких металів зі стоків. / Вісник ЧДТУ. – 2004. - №3. –
   С. 132-134.

3. Фізико-хімічні властивості полігексаметиленгуанідину. Частина 1. Конденсований стан. / Нижник Т.Ю., Сап’яненко О.О., Астрелін І.М., Толстопалова Н.М. // Наукові вісті Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". – 2006. – №5. – С.105-110.

4. Нижник Т.Ю., Нижник В.В., Астрелін І.М., Толстопалова Н.М.. Комплексоутворення полігексаметиленгуанідину солянокислого з іонами кобальту. / Вопросы химии и химической технологии. – 2006. - №5. - С.142-148.

5. Нижник В.В., Нижник Т.Ю., Малишева М.Л., Астрелін І.М.. Асоціація іонів металів з водорозчинним полігексаметиленгуанідином солянокислим. / Вопросы химии и химической технологии. – 2006. - № 6. - С. 120-124.

Для наведених вище робіт особистий творчий внесок здобувача полягає у проведенні експерименту, аналізі та узагальненні результатів, оформленні статті.

6. Патент України на корисну модель №17650, UA, МПК G01N 21/78. Спосіб визначення концентрації полігексаметиленгуанідину у воді: Трохимчук А.К., Магльована Т.В., Баранова Г.І., Нижник Т.Ю. - №200602493; заявл. 07.03.2006; опубл. 16.10.2006, бюл. № 10. – 10 с.

Особистий внесок здобувача полягає в участі в проведених дослідженнях, аналізі та узагальненні результатів, оформленні заявки на патент.

7. Нижник Т.Ю., Астрелін І.М., Максименко Г.М., Мініх О.П., Толстопалова Н.М. Видалення іонів важких металів із стоків. /Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин". – Черкаси, 2004. – С.114-115.

8. Астрелин И.М., Толстопалова Н.М., Обушенко Т.И., Нижник Т.Ю., Хивренко И.А. Исследование комплексообразования полигексаметиленгуанидина с ионами металлов в водной среде. /Материалы международной научно-технической конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные технологии». - Беларусь, Минск, 2005. - Ч.2. - С.146-148.

9. Нижник Т.Ю., Баранова А.И., Нижник Ю.В. Комплексная очистка и обеззараживание воды с использованием биоцидного гуанидинового полимера. /Abstracts of third international conference “Ecological chemistry”. - Moldova, Chisinau, 2005. - P.169-170.

10. Нижник Т.Ю., Астрелін І.М., Толстопалова Н.М., Обушенко Т.И. Перспективи застосування полігексаметиленгуанідину для видалення з води іонів важких металів. /III Українська науково-практична конференція з технології неорганічних речовин „Сучасні проблеми технології неорганічних речовин” з міжнародною участю: Матеріали конференції.- Дніпропетровськ.: УДХТУ, 2006. - С. 229-230.

11. Nizhnik T.Y. , Astrelin I.M., Niznik V.V., Baranova A.I. Complex-forming abilities of polyhexamethylene guanidine to ions of heavy metals. /Тези доповідей IV Українсько-польської наукової конференції „Полімери спеціального призначення”. - Дніпропетровськ, 11-14 вересня 2006. - P.66.

12. Нижник Т.Ю. Використання модифікованих фільтруючих матеріалів для очищеня питної води від забруднень / Матеріали V міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство". – Київ, 2002. – С. 506-508.

13. Нижник Т.Ю. Использование гуанидинового полимера для очистки сточных вод гальванического производства. /Матеріали четвертої всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів "Сучасні проблеми хімії". – Київ, 2003. – С. 45-46.

14. Нижник Т.Ю., Астрелін І.М., Толстопалова Н.М., Нижник В.В. Застосування гуанідинових полімерів для очищення води від іонів важких металів. /Тези доповідей III міжнародної науково-технічної конференції "Композиційні матеріали". – Київ, 2004. – С.134-135.

15. Нижник Т.Ю., Соколовская Т.М. Комплексообразование полигуанидина с металлами. /Материалы I всеукраинской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Киев, 2006. – С. 125.