Кейс "Использование опавших листьев в качестве сорбционного материала для очистки вод"

Кейс «Листовой оТпад»

Проект «Использование опавших листьев в качестве сорбционного материала для очистки вод».

Педагог: Чурилова В.С.

1.     Проблемная ситуация, проблема:

В настоящее время очистка сточных вод является актуальной экологической проблемой. Она существует во всех регионах России, в том числе и в Приморском крае. Несмотря на все меры и методы, применяемые для очистки сточных вод, загрязнители продолжают поступать в водные объекты. Наиболее опасными загрязнителями являются тяжелые металлы (ТМ), органические вещества (белки, жиры, красители и т.д.). Из всех специальных методов очистки вод адсорбционные методы являются наиболее простыми, менее дорогостоящими, доступными и эффективными.

Ежегодно на улицах городов образуется большое количество листового опада, который вывозится на свалки или подвергается сжиганию, нанося большой урон окружающей среде. Такое использование природного материала является весьма нерациональным. Листовой опад целесообразнее использовать в качестве сорбента растительного происхождения. Достоинствами данного типа сорбционного материала (СМ) является его широкое распространение, дешевизна и высокая эффективность.

2.     Привязка к предметным областям знаний:

Химия, биология, экология.

3.     Цель кейса, задачи кейса.

Цель: Исследовать и апробировать сорбент на основе опавших дубовых листьев.

Задачи:

1). Образовательные:

- Сформировать основное представление о сорбентах, видах: биологические, химические, синтетические;

- Найти и изучить способы модификации сорбента на основе опавших листьев;

- Экспериментально изучить эффективность сорбента (Fe(III)).

2). Развивающие:

- Развивать умение грамотно выражать мысли, речь учащихся и логическое мышление;

- Развивать умение эффективного контент-анализа;

- Развивать командобразование;

4). Продуктовые:

- Лабораторный дневник проекта;

- Исследовательский постер «Использование опавших листьев в качестве сорбционного материала для очистки воды».

4.     Этапы реализации:

Дорожная карта кейса:

Этап работы	Цель	Описание	Планируемый результат
Введение Организационный	Знакомство с участниками группы; Игры на знакомство, командобразование;	Организация игр на знакомство «Кто умеет», «Вспомни имя», «Выдуманный портрет».	Знакомство участников команды; узнать, какими навыками владеют участники команды для первичного распределения ролей.
	Экскурс в тему проекта;	Погружение в тему проекта, начальный поиск информации.	Проблемы в поиске информации, недостаток информации по ключевым вопросам.
	Обсуждение сервисов для поиска информации;	Вопрос-ответ «Где искать проверенную информацию?».	Коррекция тегов для поиска; сервисы по поиску достоверной информации: cyberleninka.ru, scholar.google.ru, ArXiv.org, eLibrary, search.rsl.ru.
	«Раскадровка» жизненного цикла проекта;	Дискусс об этапах работы над проектом	Черновик плана работы над проектом;
	Создание рабочей группы в whatsapp для обмена ссылками, мнениями. Начальное определение ролей в команде.
Подготовительный	План работы над проектом	Формулировка тегов для поиска, распределение тегов по участникам команды	Написаны ключевые теги для поиска на флипчате; План работы над проектом, распределение ролей в команде.
	Поиск и анализ информации по проекту	Поиск информации: типы сорбентов (биологические, синтетические); «+» и «-» сорбентов; сорбент из листового опада разных видов деревьев; безопасная переработка отработанного сорбента.	Создание папки по проекту на google диске; обсуждение и систематизация найденной информации.
	Формулирование проблемы и проблемной ситуации	Мини-лекция: типы проблем, как выделить проблему и проблемную ситуацию	Сформулирована проблема и проблемная ситуация версия 1.0
	Формулировка идеи, цели и задач проекта	Мини-лекция «Проект: от идеи до задач»	Сформулированы идея, цель, задачи проекта
	Ход работы над проектом; Сформировать ТЗ для каждого участника группы	Формируем ход работы над проектом.; Обучаемся работать в группе; Наставник  мониторит работу в группе, следит за общением учащихся в «да-стратегии».	Распределение ролей в команде. Сформирован ход работы над проектом.
	Разбор, понимание новых терминов	Разбор, понимание новых терминов при помощи игры «Крокодил»	Некоторые новые термины достаточно сложные для понимания, с помощью игры «Крокодил» термины запоминаются эффективнее и легче
Реализационный	Поиск информации по задачам проекта; Структурирование найденной информации;	Поиск информации: подготовка материала (листового опада) к исследованиям и экспериментам; состав сточных вод.	Обсуждение и систематизация найденной информации, размещение на google диске.
	Работа в лаборатории, проведение опытов; Заполнение лабораторного дневника;	Проведение опытов в лаборатории.	-подготовка сорбента из опавших дубовых листьев; - приготовление сорбтива Fe(III); Заполнен лабораторный дневник.
	Поиск информации по задачам проекта; Структурирование найденной информации;	Поиск информации: -методики модификации сорбента; - методики сорбции: объем сорбата, сорбента, время сорбции; - методики статической и динамической сорбции;	Обсуждение и систематизация найденной информации, размещение на google диске.
	Формулировка и понятие-принятие новых терминов.	Новые термины: сорбция, дисорбция, адсорбция, сорбент, титрование и др.	Зарисовка схемы для разбора новых терминов.
	Работа в лаборатории, проведение опытов; Заполнение лабораторного дневника;	Проведение опытов в лаборатории.	-подготовка растворов для дальнейшей модификации сорбента (1% H2SO4, 5% NaOH); -сорбция модифицированным и не модифицированным сорбентом (статическая сорбция); Заполнен лабораторный дневник.
	Поиск информации по задачам проекта; Структурирование найденной информации;	Поиск информации: - возможность вторичного использования сорбента (методики десорбции); - методика титрования; - формула расчета для определения концентрации железа в растворе.	Обсуждение и систематизация найденной информации, размещение на google диске.
	Работа в лаборатории, проведение опытов; Заполнение лабораторного дневника;	Проведение опытов в лаборатории.	-фильтрование сорбента; - титрование; -расчет концентрации железа в растворе до и после сорбции; -регенерация модифицированного сорбента, повторная сорбция; Заполнен лабораторный дневник.
	Поиск информации по задачам проекта; Структурирование найденной информации;	Поиск информации: - инфракрасная спектроскопия; РФА-методы. - методика динамической сорбции;	Обсуждение и систематизация найденной информации, размещение на google диске.
	«Вопросы без ответов»	Формулировка вопросов, на которые не нашли ответов, нужна консультация	Составлен лист «Вопросы без ответов»
	Окончательная формулировка проблемы	Переработка проблемы в ключе «кому это нужно?»	Формулировка проблемы версия 2.0
	Работа в лаборатории, проведение опытов; Заполнение лабораторного дневника;	Проведение опытов в лаборатории.	- проведение динамической сорбции; - ИК-спетрография; - РФА анализ;
	Поиск недостающей и выпадающей информации по проекту;	Обсуждение промежуточных итогов по проекту, поиск дополнительной информации, необходимой для анализа результатов;	Обсуждение и систематизация найденной информации, размещение на google диске.
	Математический анализ результатов проекта; Обсуждение планов на дальнейшее исследование.	Анализ результатов проекта: результативность модифицированного сорбента по сравнению с не модифицированным: результативность статической и динамической сорбции;	Математический анализ результатов проекта; построение графиков, диаграмм, гистограмм.
	Систематизация результатов по проекту	Результаты по проекту	Создание черновой презентации о результатах проекта.
Презентационный, экспертный	Подготовка к представлению проекта – обучение формам презентации;	Игра «Продай проект за 2 минуты»;	Каждый участник группы способен рассказать о проекте за 2 минуты, заинтересовать, ответить на вопросы.
	Постер проекта;	Обсуждение внутри команды, какую информацию выносить на постер; Верстка постера.	Подготовка презентационных материалов и представление результатов работы. Постер проекта (Приложение 1).
	Коммуникация с экспертным сообществом	Обсуждение результатов работы над задачей кейса, рефлексия результатов, постановка последующих целей	Получена экспертная оценка, разработан план-график дальнейшей реализации

5.     Список использованных источников:

1. Смирнов А. Д. Сорбционная очистка воды / А. Д. Смирнов. - Л.: Химия, 1982.
2. Шаймарданоа А.Ш., Степанова С.В., Использование листового опада в качестве сорбционного материала по отношению к ионам железа., Известия Уфимского научного центра РАН, 3, 19-30 (2015).
3. В.А. Демин, Химия процессов целлюлозно-бумажного производства. Часть I. Структура, свойства и химические реакции лигнина, СЛИ, Сыктывкар, 2008. 64 с.

4.      М. В. Силайчева, С. В. Степанова, И. Г. Шайхиев., Изучения десорбции ионов железа из отработанного кленового опада в статических условиях., ., Известия Уфимского научного центра РАН.

5. М. В. Силайчева, С. В. Степанова., Очистка воды от ионов железа (II) листовым опадом клёна с его последующей регенерацией., Журнал Экологии и промышленной безопасности № 2 (66), 2016.
6. Осадченко И. М. Новые сорбенты на основе побочных продуктов переработки растительного сырья / И.  М. Осадченко [и др.]  // Хранение и переработка сельхозсырья. -2007. -No 8. -С. 64-65.

7.      Патент 2313388 Российская Федерация, МПК B 01 J 20/24, B 01 J 20/30. Способ получения сорбента для очистки технологических сточных вод от ионов хрома и цинка / В. В. Фомин, В. И. Каблуков, А. М. Мержоев // заявитель и патентообладатель  Кубанский  государственный  аграрный университет. -No 95109058/25; заявл. 24.05.2006; опубл. 27.12.2007.

8.      ГОСТ  4011-72  Вода  питьевая.  Методы  измерения  массовой концентрации общего железа.-М.: Изд-во стандартов, 2008. -18 с.

9.      Юсупова,  А.  И.  Исследование  возможности  использования экстрактов из опилок коры и листьев Quercus robur  в качестве реагентов для удаления  ионов  железа  (III)  из  модельных вод /  А.  И.  Юсупова,  И.  Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. -2013. -No 7. -С. 189-192.

Приложение 1