|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Исследование процессов перевода ртути и её соединений в безопасные для человека и окружающей среды формы с учетом принципов зеленой химиидипломная работа (Магистр)
- Научный руководитель: Макарова А.С.
- Автор: Федосеев Андрей Николаевич
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева»
- Год защиты: 2021
- Аннотация: Изменение климата и управление опасными химическими веществами и отходами – это две из многих проблем, с которыми сталкиваются политики и лица, принимающие решения, приверженные достижению Целей устойчивого развития, изложенных в Повестке дня в области устойчивого развития на период до 2030 года [1]. Для решения этих проблем был заключен ряд глобальных соглашений. Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата направлена как на стабилизацию концентрации парниковых газов в атмосфере [2], так и на адаптацию к возможным неизбежным последствиям изменения климата. Выявлен ряд взаимосвязей между изменением климата, опасными химическими веществами и отходами, включая: Изменение климата может привести к увеличению выбросов опасных химических веществ в окружающую среду; Производство химических веществ, продукты, содержащие химические вещества, и использование продуктов могут привести к образованию как опасных химических веществ, так и парниковых газов; Сектор отходов является потенциальным источником выбросов парниковых газов и опасных химических веществ. Последствия изменения климата уже наблюдаются, включая повышение температуры, изменение количества осадков, изменение океанских течений, повышение уровня мирового океана, таяние вечной мерзлоты, отступление ледников и ледяных щитов и увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений. Степень, в которой изменения в этих наблюдаемых воздействиях будут происходить с течением времени, будет значительно варьироваться между регионами и будет зависеть от того, в какой степени можно будет ограничить будущий рост выбросов парниковых газов. Эти последствия изменения климата связаны с увеличением первичных выбросов опасных химических веществ. Вторичные выбросы опасных 4 химических веществ из резервуаров окружающей среды, таких как почва и ледники, также увеличатся из-за последствий изменения климата. Прогнозы предполагают, что выбросы ртути в атмосферу из районов вечной мерзлоты, вероятно, будут расти в результате изменения климата. При сценарии с высоким уровнем выбросов парниковых газов, выбросы ртути только из вечной мерзлоты могут достичь пика в 1,9 ± 1,1*106 кг ртути в год в 2200 году, что аналогично текущим глобальным выбросам в атмосферу. Помимо увеличения первичных и вторичных выбросов опасных химических веществ в почву, воду и атмосферу, изменение климата имеет последствия для их переноса на большие расстояния, в том числе в результате изменения атмосферной циркуляции, океанских течений и циркуляции, осадков, экстремальных погодных явлений и миграции животных. Изменение климата также повлияет на то, как химические вещества воздействуют на различные виды животных и людей [3]. Ртуть – это наиболее опасный во многих отношениях тяжелый металл, – в связи с высокой мобильностью в настоящее время является признанным глобальным загрязнителем. По этой причине несмотря на отсутствие на той или иной территории источников интенсивного промышленного ртутного загрязнения его актуальность может иметь место по ряду других причин. К их числу следует отнести ртутьсодержащие бытовые отходы, трансграничный перенос ртути, геохимические особенности территорий. Например, из-за промышленных выбросов соединений ртути (в период с 1932 по 1968 гг.) в воды залива Минамата (Япония) у местных жителей, употребляющих в пищу рыбу, развились неврологические расстройства, которые впоследствии получили название болезни Минамата. Однако понадобилось несколько десятилетий для сбора научных доказательств о негативном влиянии ртути которые в дальнейшем послужили основанием для разработки Минаматской конвенции – глобального документа, направленного на защиту здоровья людей и окружающей среды от негативного воздействия ртути. Принятая в октябре 2013 г. Конвенция в 5 настоящий момент (июнь 2021 г.) подписана 128 странами и ратифицирована 113. Российская Федерация также подписала Конвенцию в 2014 году и в настоящее время ведется обсуждение о возможности ее ратификации. Согласно Минаматской Конвенции, странами-участниками должны быть предприняты такие действия как: поэтапное исключение из оборота ряда ртутьсодержащих продуктов; введение ограничений для торговли ртутью и поставок ртути; установление основ для сокращения или устранения выбросов и выделения ртути в промышленных процессах и в добыче полезных ископаемых. Согласно проведенным исследованиям одним из самых значимых источников поступления ртути в окружающую среду, претерпевших незначительные изменения с 2005 года, являются продукты, содержащие ртуть (батареи, лампы, контрольно-измерительные приборы, включая медицинские термометры, электрическое и электронное оборудование). Процент ртути, содержащейся в отходах и поступающей при их переработке в окружающую среду, достаточно велик для ряда стран, включая РФ. Производство и использование вторичной ртути с одной стороны может быть нецелесообразным из-за незначительного содержания ртути в отходах, а с другой сокращение количества, находящейся в обращении ртути отвечает требованиям Минаматской конвенции. Например, в Швеции отходы, содержащие более 1% ртути, должны кондиционироваться для постоянного хранения в предлагаемом хранилище, насыщенном грунтовыми водами, в глубокой породе, а владельцы ртутных отходов в Швеции несут ответственность за поиск путей преобразования ртутных отходов в нерастворимые формы. Из всех соединений ртути наиболее стабильной ее формой является сульфид (киноварь), который существует в двух формах двух формах: стабильной α-HgS (красная, гексагональная) и метастабильной β-Hg (черная, кубическая). Обе формы имеют низкую растворимость в воде (9*10-20 мг/л) и растворах кислот, не выделяют ртутных паров, стабильны в широком температурном диапазоне (температура возгонки – 580 °С) и на три 6 порядка величины менее токсичны, чем сама ртуть и потому одним из широко используемых методов иммобилизации ртути и / или ее соединений является ее превращение в сульфиды. Необходимо также отметить, что в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (ФККО 2017) утвержден Приказом Росприроднадзора от 22.05.2017 № 242 (взамен ФККО 2016) и действует с 24 июня 2017 (в ред. Приказов Росприроднадзора от 20.07.2017 № 359, от 28.11.2017 № 566, от 02.11.2018 № 451 (в т.ч. с изменениями вст. в силу 08.12.2018)) к 4 классу опасности относятся следующие виды обезвреженных ртутьсодержащих отходов (РСО): – лом ртутных, ртутно-кварцевых, люминесцентных ламп термически демеркуризированный; – бой стекла после демеркуризации ртутьсодержащих изделий раствором на основе полисульфида кальция; – отходы демеркуризации боя ртутьсодержащих изделий и люминофора раствором на основе полисульфида кальция. То есть после химической демеркуризации, к примеру, полисульфидом кальция, в результате которой образуется сульфид ртути отходы могут считаться неопасными и подлежать захоронению на полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО). С другой стороны, рядом исследователей было отмечено, что оксид ртути (II) и элементарная ртуть при комнатной температуре медленно (исследования проводились в течении более 3-х лет) реагирует пиритом, пирротином и элементарной серой, а также серополимерным цементом с образованием сульфида ртути, причем эта реакция лучше идет в щелочной среде. Для ускорения реакции и для обеспечения полного связывания ртути в сульфид ряде работ применяется нагревание от 40 до 135C. Однако, твердофазная реакция между ртутью и серой и/или серосодержащими соединениями, такими как сульфид железа или пирит может при постоянном обновлении фаз протекать довольно быстро и при нормальных условиях, что соответствует одному из принципов зеленой химии: энергосбережение. Недостаток прямой реакции между 7 ртутью и серосодержащими соединениями состоит в том, что реакция между элементарными S и Hg не является полной, то есть остается какая-то часть Hg не перешедшей в HgS. В соответствии с имеющимися данными за 24 ч, при проведении реакции при нормальных условиях не удается достичь концентрации менее 2 мг/м3. Цель выпускной квалификационной работы: исследование процессов перевода ртути и её соединений в безопасные для человека и окружающей среды формы с учетом принципов зеленой химии. Задачи: 1) исследовать реологические свойства тонкодисперсных суспензий в системе бентонит-сера-вода-ртутьсодержащие отходы (измельченные термометры и тонометры); 2) исследовать взаимодействие металлической ртути с элементарной серой, пиритом в полученных суспензиях при различных соотношениях металлическая ртуть-элементарная сера/пирит, время контакта, интенсивность обновления поверхности в пробах обезвреживаемых отходов; 3) исследовать взаимодействие оксида ртути с элементарной серой, пиритом при различных соотношениях; 4) оценить уровень миграции соединений ртути из реакционных масс.
- Добавил в систему: Макарова Анна Сергеевна