*від вихідної повітряно-сухої сировини.

Як видно з таблиці, в результаті процесів карбонізації й активації листового опаду за даних умов виходить активоване вугілля, яке має досить високу питому поверхню й сорбційну активність за йодом і МБ.

Варто звернути увагу, що отримані сорбенти характеризуються високим відсотком зольності, що може мати неоднозначний вплив на їхню якість і властивості. Джерелом цих неорганічних компонентів є вихідна сировина. Методом рентгено-флюоресцентного аналізу було оцінено якісний склад і кількісний вміст 29 мікроелементів у листовому опаді й активованому вугіллі на його основі, а також знайдено відношення вмісту елементів у сировині до і після карбонізації й активації, що представлено на рис.1.

Переважними елементами в досліджуваній сировині є Са, Mg, Fe, Mn, Zn. Вміст кадмію на порядок перевищує значення гранично допустимої концентрації (ГДК_Cd-0,03 мг/кг). Вміст токсичних Pb, As, Hg, Cu, Zn не перевищує значення гранично допустимих концентрацій цих елементів. З рис. 1 видно, що в результаті термообробки сировини відбувається зміна відносного вмісту мінеральних компонентів: зростає частка таких елементів, як Fe, Sb, Sn, Cd, Ag, Mo, знижується частка елементів Se, Cr, Ca, відносний вміст інших елементів залишається без суттевих змін.

Цікавим є той факт, що отримані вуглецеві матеріали обумовлюють лужне середовище водних витяжок (рН витяжки - 10) і це може відігравати суттєву роль у процесах адсорбції полярних сполук. Явно основний характер поверхні активованого вугілля, а цє є характерним для всіх неокиснених вугіль [5], може бути пов'язаний із вмістом у них мінеральних компонентів, а також з формуванням при активації поверхневих активних центрів основного характеру. Але якісний ІЧ-спектроскопічний аналіз хімічної структури і природи поверхневих активних центрів сорбентів показав, що в ІЧ-спектрах карбонізованих і активованих зразків смуги поглинання, характерні для функціональних груп, які вміщують атом кисню, практично не виявляються. Виходячи з цього, можна припустити, що значення рН водної витяжки отриманих вугіль обумовлено швидше за все вмістом у них мінеральних компонентів, а механізм сорбції полярних сполук може визначатися зарядженими поверхневими активними центрами як неорганічної, так і органічної природи.

Оцінку сорбційних властивостей отриманого активованого вугілля відносно розчинів електролітів проводили, вивчаючи сорбцію іонів Cu²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺ з водних розчинів. Дослідження проводили без корегування величини рН у статичних умовах при співвідношенні вугілля:рідина = 0,1:100. Час контакту складав 5 годин. Концентрацію досліджуваних іонів до і після настання сорбційної рівноваги в кожному окремому випадку визначали спектрофотометричним методом. Результати сорбційних досліджень свідчать, що сорбенти на основі листового опаду за даних умов не мають здатності сорбувати катіони металів.

Цей результат не узгоджується з досить високою величиною сорбційної активності вугілля відносно МБ, що є катіонним барвником і дисоціює за схемою:

Методом кондуктометрії було вивчено електропроводність водних розчинів МБ різної концентрації, побудовано залежність в координатах 1/L - LC (де L - еквівалентна електропровідність, С - концетрація розчину МБ), яка представлена на рис.2, і відповідно до рівняння (1) визначено К_дис МБ:

Рис.2 - Залежність 1/L від L*C при Т=290 К

К_дис(МБ) = 7,6*10^-6. Величина К_дис свідчить про те, що дана сполука є слабким електролітом.

Квантовохімічні розрахунки, проведені методом РМ3 на OXФ рівні, реалізованому в програмному комплексі МОРАС-97 [6,7], дозволили отримати оптимальну структуру молекули МБ. Оптимізація геометрії молекули МБ проводилася за всіма незалежними змінними.

Атоми молекули МБ, крім атома хлору, лежать на злегка увігнутій до центра поверхні, над якою знаходиться атом хлору. Довжина цієї молекули дорівнює 15 A, а ширина 5 A. Ентальпія утворення МБ при стандартних умовах складає 98,2 ккал/моль, дипольний момент дорівнює 3,08 дебая.

Рис.4 - Поверхня електростатичного потенціалу молекули МБ.

На рис.4 представлені результати розрахунку поверхні електростатичного потенціалу молекули МБ, де чорні області відповідають негативному значенню потенціалу, а частина молекули- позитивному значенню потенціалу.

Рис.5. - Квантовохімічне моделювання взаємодії молекули МБ з точковим позитивним зарядом.

Було також проведено розрахунки взаємодій молекули МБ з точковим позитивним зарядом з різними відносними орієнтаціями (I, II, III), що показано на рис.5. Як видно з отриманих результатів, орієнтації, пов'язані взаємодіями ділянок молекули МБ, які характерізуються негативним зарядом, з точковим позитивним зарядом, приводять до утворення енергетично вигідних комплексів (I і II), для яких ?Н дорівнює відповідно -63.0 та -8.3 кДж/моль.

Таким чином, можна константувати, що при адсорбції МБ на активованому вугіллі з листового опаду відбувається взаємодія молекули як цілого з активними центрами поверхні вугілля, які мають позитивний заряд, за електростатичним механізмом. Природа активних центрів пов'язана швидше за все з мінеральною складовою вугілля.