Введение
Проблема очистки сточных вод от неорганических ионов (катионов переходных металлов, анионов сульфатов, фосфатов, нитратов и др. систем) в настоящее время весьма актуальна. Это обусловлено достаточно высокой токсичностью многих химических веществ и высоким объемом поступления их в окружающую среду. Так, нитраты щелочных металлов обладают токсичным влиянием на организм, что обусловлено присутствием их метаболитов нитратов. Нитриты, взаимодействуя с гемоглобином, образуют метгемоглобин, который не способен переносить кислород, что приводит к кислородному голоданию. В тоже время использование нитратов в качестве минеральных удобрений является причиной их вымывания из почвенных горизонтов и попадания в гидросферу. Присутствие фосфатов в сточных водах обусловливает усиленный рост подводных растений и заиливание водоемов. Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека. Присутствие сульфатов в водопроводной воде может приводить к ее загрязнению тяжелыми металлами, имеющимися в материалах, из которых изготовлены трубы, в частности железом и свинцом. Также присутствие сульфатов в воде может приводить к появлению накипи и выходу из строя стиральных машин и другого оборудования.
Одним из эффективных физико-химических методов очистки сточных вод от частиц молекулярного и ионного строения является адсорбция. При этом в качестве адсорбентов в таких случаях часто применяют природные и синтетические алюмосиликаты, как в индивидуальном состоянии, так и в смесях между собой и другими минеральными системами, например, с углями. Ввиду этого является актуальной задача моделирования адсорбционных свойств алюмосиликатных систем по отношению к неорганическим анионам. Кристаллические алюмосиликаты, полученные синтетическими методами, отличаются идеальной однородностью. размеров пор, неизменяющихся даже в узких пределах. Этим соединениям присущи три специфических свойства:
высокая селективность;
повышенное сродство к полярным адсорбатам благодаря ярко выраженному гетероионному характеру внутренней поверхности;
высокая адсорбционная емкость и способность полностью извлекать адсорбат из данной системы.
I. Обоснование цели и задач работы
Проблема очистки промышленных сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами, является в настоящее время актуальной для промышленной экологии. Одним из перспективных способов очистки сточных вод является адсорбционный. В фундаментальном обзоре [1] освещены механизмы этого процесса, охарактеризовано влияние жидкой фазы на этот процесс. Авторами [2] изучаются требования, предъявляемые к композиционным системам на основе сорбентов. Вместе с тем, формирование нано структурной организации сорбента повышает его эффективность [3]. При этом одним из наиболее эффективных классов сорбентов следует назвать цеолиты [4]. Эффект композиции цеолитных сорбентов может оказывать усиливающее действие на их сорбционную способность [5].
Цель нашей работы – определение равновесных характеристик адсорбционной активности углей марок БАУ-А и КАУ по отношению к ионам Cu2+ и Co2+, а также минеральных сорбентов – вермикулита и клиноптилолита, а также композитов на их основе. Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:
исследование применимости моделей адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха, Ленгмюра-Фрейндлиха;
установление механизма адсорбции ионов Cu2+ и Co2+ на указанных системах;
определение равновесных характеристик процесса адсорбции;
определение влияния углей КАУ и БАУ на эффективность адсорбции Cu2+ и Co2+ вермикулитом и клиноптилолитом.
Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения эффективности алюмосиликатных адсорбентов путемсоздаия композиционных адсорбентов на их основе.
II.Описание эксперимента
В водные растворы соли металлов (Cu2+ , Co2+) помещали навеску сорбента и выдерживали несколько часов на ультразвуковом шейкере, после чего отфильтровывали сорбент и определяли остаточную концентрацию металла в водном растворе. Ионы меди Cu2+ определялись в аммиачном растворе фотометрическим методом, ионы Co2+ фотометрическим методом с помощью нитрозо-р-соли.
II.1 Определение Cu2+ в аммиачном растворе
Реактивы и оборудование
Фотоэлектроколориметр КФК-3, кюветы с толщиной поглощающего слоя 10 мм. 2. Бюретка емкостью 25,00 мл. 3. Мерный цилиндр емкостью 10 мл. 4. Мерные колбы емкостью 50,00 мл. 5. Сульфат меди, СuSO4, cтандартный раствор (1мг/мл). 6. Аммиак NH3, разбавленный раствор 1:1.
Выполнение работы 1. Приготовление эталонных растворов В мерные колбы емкостью 50 мл отмеряют пипеткой или бюреткой 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 и 10,0 мл стандартного раствора ионов меди. В каждую из колб добавляют по 10 мл раствора аммиака (1:1), доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Рассчитывают концентрацию меди (мг/мл) в каждой пробе. Через 5-7 минут после приготовления растворов измеряют их оптическую плотность [6]. Также определялись оптические плотности растворов, содержащих ионы Cu2+ , подвергшихся действию адсорбента (растворы-задачи).
II.2. Определение Cо2+ c помощью нитрозо-р-соли
Реактивы и оборудование
1.Фотоэлектроколориметр КФК-3, кюветы с толщиной поглощающего слоя 10 мм. 2. Бюретка емкостью 25,00 мл. 3. Мерный цилиндр емкостью 10 мл. 4. Мерные колбы емкостью 50,00 мл. 5.Азотная кислота, пл. 1, 4; ГОСТ 4461-77 6. Уксусная кислота ледяная, х. ч., ГОСТ 61-75 7. Натрий лимоннокислый (трехзамещенный), ГОСТ 22280-76, ч. д. а., 20% раствор 8. Натрий уксуснокислый, ГОСТ 199-78, ч. д. а., 40% раствор 9. Натрий уксуснокислый перед приготовлением раствора предварительно отмывают от примесей цинка раствором дитизона в четыреххлористом углероде 10. Нитрозо-Р-соль, ГОСТ 10553-75, 0,05% водный раствор 11. Кобальт сернокислый (CoSО4 х 7H2O), ГОСТ 4462-78, ч. д. а. 12. Ортофосфорная кислота по ГОСТ 6552-80, ч. д. а., 85% 13. Смесь ортофосфорной и азотной кислот 5:2 14. Перекись водорода, ГОСТ 10929-76 15. Ацетатно-натриевые буферные растворы с рН 4,7 и 3,5.
Выполнение работы. Исходными растворами являются: 1) 1 н. раствор уксусной кислоты, который готовят разбавлением 60 мл СН3СООН дистиллированной водой до 1 л;2) 1 н. раствор уксуснокислого натрия получают растворением 82 г безводной или 136 г водной соли.
Приготовление буферного раствора с рН 4,7: берут 500 мл 1 н. раствора СН3СООН и смешивают с 500 мл 1 н. раствора уксуснокислого натрия.
Приготовление буферного раствора с рН 3,5; берут 925 мл 1 н. раствора СН3СООН и смешивают с 75 мл 1 н. раствора уксуснокислого натрия.
Ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН 4,8.
Серная кислота пл. 1,84, ГОСТ 4204-72
Исходный стандартный раствор кобальта с содержанием 100 мкг/мл готовят в мерной колбе емкостью 100 мл. Для чего 0,0477 г сульфата кобальта растворяют в небольшом количестве бидистиллированной воды, добавляя 1 мл серной кислоты (пл. 1,84). Объем раствора в колбе доводят водой до метки. Рабочие стандартные растворы кобальта с содержанием 10 и 1 мкг/мл готовят соответствующим разбавлением исходного стандартного раствора бидистиллированной водой. Для построения калибровочного графика в ряд колб вносят рабочие стандартные растворы кобальта с содержанием 0-1,0-5,0-10,0-15,0-25,0-30,0-40,0 мкг, объем доводят до 60 мл буферным ацетатно-натриевым раствором. Содержимое колб перемешивают, переносят в стаканы, прибавляют по 1 мл концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода. Смесь выпаривают до кристаллизации солей. Операцию повторяют дважды и далее обрабатывают в условиях анализа пробы. Окрашенные растворы стандартов фотометрируют при длине волны 536 нм. По полученным средним результатам из пяти определений каждого стандарта строят график зависимости оптической плотности от количества кобальта [6]. Также определялись оптические плотности растворов, содержащих ионы Cu2+ , подвергшихся действию адсорбента (растворы-задачи).
III. Обсуждение экспериментальных данных
III.1. Адсорбция ионов Co2+ и Cu2+ на вермикулите.
Рассмотрим процесс сорбционного извлечения ионов Co2+ и Cu2+ вермикулитом
1.а. Система «Cu-вермикулит»
Экспериментальная изотерма сорбции представлена на рис. 1.
Данный процесс относится к I типу по классификации БДДТ, описывающему случай мономолекулярной сорбции на однородной поверхности, и может быть удовлетворительно описана уравнением Ленгмюра [7]:
, (1)
Рис.1 Экспериментальная изотерма сорбции в системе «Cu-вермикулит» |
где Г - емкость адсорбции при концентрации С ионов Cu2+ вермикулитом, Г∞ и К – равновесные характеристики процесса сорбции: предельная емкость и константа равновесия соответственно.
Оценку равновесных характеристик сорбции изотермы Ленгмюра можно провести после ее линеаризации. Уравнение (1) в линеаризованной форме можно представить следующим образом:
(2)
Сопоставляя это уравнение с уравнением прямой
, (3)
Получаем, что вертикальная отсечка b в нашем случае определяется так:
(4)
а угловой коэффициент k определяется так:
(5)
Линеаризованная изотерма адсорбции ионов Сu2+ вермикулитом представлена на рис. 2. Регрессионный анализ данной зависимости позволил определить равновесные характеристики процесса сорбции ионов Cu2+ вермикулитом: Г∞=0,694 моль/г: К=0,640 л/моль.Уравнение данной изотермы имеет вид:
(6)
Рис.2 Линеаризованная диаграмма адсорбции в системе «Cu-вермикулит» |
Незначительный градиент изменения адсорбционной ёмкости в относительно широком диапазоне изменения равновесных концентраций сорбируемых ионов Cu2+ не исключает описание равновесия в исследуемой системе в рамках уравнения Фрейндлиха [7]:
, (7)
где K и n – равновесные характеристики адсорбции.
Оценка равновесных характеристик сорбции изотермы Фрейндлиха проводилась после её линеаризации. Уравнение (7) в линеаризованной форме можно представить следующим образом:
(8)
Сопоставляя уравнения (3) и (8) получаем, что параметры b и k определяются соотношениями:
, (9)
(10)
Изотерма сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - вермикулит» представлена на рис. 3.
Регрессионный анализ зависимости, представленный на рис. 3 дает возможность получить значения равновесных характеристик процесса сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - вермикулит»: K=0,356; n=4,630. Подставляя полученные равновесные характеристики в соотношение (7), получаем уравнение изотермы сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - вермикулит»:
Рис. 3. Изотерма сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - вермикулит» |
(11)
Статистическая близость коэффициентов корреляции линеаризованных форм позволяет предположить применимость к описанию равновесия в системе Cu2+– вермикулит обобщенного уравнения Ленгмюра-Фрейндлиха:
(12)
Нахождение соответствующих констант проводилось нелинейным методом наименьших квадратов, реализованном в программном продукте wxMaxima (рис.4): Г∞= 0,706 ммоль/г, K = 0,647, n = 0,937, s2ад = 0,000101
Рис. 4. Диаграмма сорбции системы «Cu2+ - вермикулит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха. |
С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха (12) для системы «Cu2+– вермикулит» имеет следующий вид:
(13)
Экспериментальная изотерма сорбции ионов Сo2+ вермикулитом представлена на рис. 5. Для нахождения параметров равновесия в рамках модели Ленгмюра линеаризуем данную зависимость в соответствии с соотношениями (2)-(5). Полученная линеаризованная изотерма сорбции Ленгмюра для системы «Сo2+ - вермикулит» представлена на рис. 6.
Регрессионный анализ данной зависимости позволил определить равновесные характеристики процесса сорбции ионов Co2+ вермикулитом: Г∞=0,713 моль/г: К=4,384 л/моль.Уравнение данной изотермы имеет вид:
(14)
Рис. 5 Экспериментальная изотерма сорбции для системы «Сo2+ - вермикулит» |
||||||
Рис. 6. Линеаризованная изотерма сорбции Ленгмюра для системы «Сo2+ - вермикулит» |
Представляя изотерму сорбции для системы «Сo2+ - вермикулит» в логарифмических координатах, получаем изотерму по Фрейндлиху (рис.7). Регрессионный анализ зависимости, представленной на рис. 7, дает возможность получить значения равновесных характеристик процесса сорбции по Фрейндлиху для системы «Co2+ - вермикулит»: K=0,448; n=4,049. Подставляя полученные равновесные характеристики в соотношение (7), получаем уравнение изотермы сорбции по Фрейндлиху для системы «Cо2+ - вермикулит»:
(15)
Рис.7 Изотерма сорбции по Фрейндлиху для системы «Co2+ - вермикулит» |
Неклассифицируемость экспериментальной изотермы «Cо2+ - вермикулит» в рамках теории БДДТ и сопоставимая сходимость описания её уравнениями Лэнгмюра и Фрейндлиха позволяют предложить для описания экспериментальных данных опять обобщенную модель Ленгмюра-Фрейндлиха. С помощью нелинейного метода наименьших квадратов, реализованного в программном продукте wxMaxima (рис.8), найдены значения соответствующих равновесных констант: Г∞= 0,775 ммоль/г, K = 3,140, n = 0,892, s2ад = 0,00202
Рис. 8. Диаграмма сорбции системы «Co2+ - вермикулит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха. |
С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха (12) для системы «Cu2+– вермикулит» имеет следующий вид:
(16)
Ш.2. Адсорбция ионов Co2+ и Cu2+ на клиноптилолите
Рассмотрим теперь процесс адсорбционного извлечения ионов Co2+ и Cu2+ клиноптилолитом.
2а. Система «Cu2+ - клиноптилолит».
Экспериментальная изотерма адсорбции ионов Сu2+ вермикулитом, а также линеаризованная изотерма Ленгмюра этого процесса представлены на рис. 9, 10 соответственно. Регрессионный анализ данной зависимости позволил определить равновесные характеристики процесса адсорбции ионов Cu2+ клиноптилолитом: Г∞=0,218 моль/г: К=0,230 л/моль.Уравнение данной изотермы имеет вид:
(17)
Рис. 9 Экспериментальная изотерма сорбции в системе «Сu2+ - клиноптилолит». . |
Для нахождения параметров равновесия в рамках модели Ленгмюра линеаризуем данную зависимость в соответствии с соотношениями (2)-(5). Полученная линеаризованная изотерма сорбции Ленгмюра для системы «Сu2+ -клиноптилолит» представлена на рис. 10.
Рис. 10. Линеаризованная изотерма сорбции в системе «Сu2+ - клиноптилолит» |
Представляя изотерму сорбции для системы «Сu2+ - клиноптилолит» в логарифмических координатах, получаем изотерму по Фрейндлиху (рис.11).
Регрессионный анализ зависимости, представленной на рис. 11, дает возможность получить значения равновесных характеристик процесса сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - клиноптилолит»: K=0,060; n=2,653
Подставляя полученные равновесные характеристики в соотношение (7), получаем уравнение изотермы сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - клиноптилолит»:
(18)
Рис.11 Изотерма сорбции по Фрейндлиху для системы «Cu2+ - клиноптилолит» . |
Неклассифицируемость экспериментальной изотермы «Cu2+ - клиноптилолит» в рамках теории БДДТ и сопоставимая сходимость описания её уравнениями Ленгмюра и Фрейндлиха позволяют предложить для описания экспериментальных данных опять обобщенную модель Ленгмюра-Фрейндлиха. С помощью нелинейного метода наименьших квадратов, реализованного в программном продукте wxMaxima (рис.12), найдены значения соответствующих равновесных констант: Г∞= 0,200 ммоль/г, K = 0,291, n = 0,966, s2ад = 0,00815.
Рис. 12. Диаграмма сорбции системы «Cu2+ - клиноптилолит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха. |
С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха для системы «Cu2+ - клиноптилолит» имеет следующий вид:
(19)
Экспериментальная изотерма сорбции ионов Сo2+ вермикулитом представлена на рис. 13. Эту изотерму трудно отнести к какому-либо из типов, выделенных в классификации БДДТ.
Однако если принять во внимание погрешность экспериментального определения остаточных концентраций металла и очевидную неоднородность состава клиноптилолита, то можно выделить две группы данных отчетливо связанных с вкладами сорбции по Ленгмюру и Фрейндлиху. Соответствующие расчеты для линеаризованных форм изотерм приведены ниже. Так, в предположении о монослойном насыщении сорбента исключена точка с остаточной концентрацией 13,9 ммоль/л.
Рис. 13. Экспериментальная изотерма сорбции для системы «Co2+ - клиноптилолит» Линеаризованная в обратных координатах такая изотерма неплохо подчиняется уравнению Ленгмюра (рис.14). |
Рис. 14. Линеаризованная изотерма сорбции в системе «Сo2+ - клиноптилолит». |
Регрессионный анализ данной зависимости позволил определить равновесные характеристики процесса сорбции ионов Co2+ клиноплилолитом: Г∞=0,618 ммоль/г: К=0,451 л/моль.Уравнение данной изотермы имеет вид:
(20)
В свою очередь изотерма сорбции ограниченная точкой 13,9 ммоль/л может быть отнесена уже ко II типу по классификации БДДТ, соответствующему формированию полислоя на поверхности с высоким адсорбционным потенциалом и должна описываться по Фрейндлиху. Регрессионный анализ изотермы Фрейндлиха дает возможность получить значения равновесных характеристик процесса сорбции по Фрейндлиху для системы «Сo2+ - клиноптилолит»: K=0,218; n=2,451.
Подставляя полученные равновесные характеристики в соотношение (7), получаем уравнение изотермы сорбции по Фрейндлиху для системы «Сo2+ - клиноптилолит»:
(21)
Значительно лучше весь набор экспериментальных точек вновь описывает обобщенная изотерма Ленгмюра-Фрейндлиха.
Рис. 15. Диаграмма сорбции в системе «Co2+ - клиноптилолит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха. |
С помощью нелинейного метода наименьших квадратов, реализованного в программном продукте wxMaxima(рис.15), найдены значения соответствующих равновесных констант: Г∞= 0,603 ммоль/г, K = 0,443, n = 1,07, s2ад = 0,00217. С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха для системы «Co2+ - клиноптилолит» имеет следующий вид:
(22)
Ш.3. Адсорбционное извлечение ионов Co2+ и Cu2+
угле-минеральными смесями
Все навески смешанного сорбента имели состав: 75 масс. % активного угля, 25. масс % цеолита.
Поскольку данные для системы Cu2+-БАУ не дают возможности найти параметры обобщенной изотермы, смесь с участием этих веществ обрабатывалась как для единого сорбента. Что касается смесей хорошо охарактеризованных сорбентов, для них обработка экспериментальных изотерм была комбинированной. Сначала на графике строилась кривая аддитивности с ранее посчитанными параметрами. Обычно она шла ниже экспериментальных точек. Потом шла обработка угле-минеральной смеси как единого сорбента. И, наконец, брались ранее посчитанные K и n и вычислялись только Г∞ для двух сорбентов, так как логично предположить, что смешение влияет именно на долю свободной поверхности, искажая Г∞, а не на K и n. Но во всех случаях, кроме системы Co2+-КАУ-вермикулит, одно из значений получалось отрицательным, лишённым физического смысла, а в этом случае, хотя оба значения и положительные, но они плохо согласуются с индивидуальными Г∞ из предшествующих сорбционных экспериментов.
5.1. Система «Cu2+ - композит «БАУ-А-Вермикулит»»
К описанию равновесия в системе «Cu2+ - композит «БАУ-А-Вермикулит»» обобщенной изотермы Ленгмюра-Фрейндлиха (рис. 16).
Рис. 16. Диаграмма сорбции в системе «БАУ-А-Вермикулит»» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха. |
Найденные значения соответствующих равновесных констант в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в системе «Cu2+ - композит БАУ-А-вермикулит» составляют : Г∞= 0,348 ммоль/г, K = 1,730, n = 0,518. С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха (12) для этой системы имеет следующий вид:
(23)
Аддитивная (по масс.%) схема расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов. К описанию равновесия в системе «Co2+ - композит БАУ-А-вермикулит» обобщенной изотермы Ленгмюра-Фрейндлиха (рис. 17, 18). При этом аппроксимация с помощью нелинейного метода наименьших квадратов, реализованного в программном продукте wxMaxima,проводилась в двух вариантах: в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов (рис. 17), а также в предположении единой сорбционной емкости всего сорбента в целом (рис. 18).
Рис. 17. Диаграмма сорбции в системе «БАУ-А-вермикулит»» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов. |
||||||
Рис. 18. Диаграмма сорбции в системе «БАУ-А-вермикулит»» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха для случая учета единой сорбционной емкости всего сорбента в целом. |
Значения соответствующих равновесных констант обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов (рис. 17), равны соответственно:
Г∞ (БАУ-А) = 4,81 ммоль/г, Г∞(вермикулит) = -13,980 ммоль/г.
Найденные значения соответствующих равновесных констант обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха для случая учета единой сорбционной емкости всего сорбента в целом (рис. 18), составляют : Г∞= 0,405 ммоль/г, K = 3,980, n = 3,09. С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха (12) для этой системы имеет следующий вид:
(24)
К описанию равновесия в системе «Cu2+ - КАУ-Вермикулит» также целесообразно применение обобщенной изотермы Ленгмюра-Фрейндлиха (рис. 19, 20) также для двух вариантов.
Рис. 19. Диаграмма сорбции в системе «Cu2+ - КАУ-вермикулит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов. |
Значения соответствующих равновесных констант обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов (рис. 19), равны соответственно:
Г∞ (КАУ) = -2,66 ммоль/г, Г∞(вермикулит) = 9,02 ммоль/г.
Рис. 20. Диаграмма сорбции в системе «Cu2+ - КАУ-вермикулит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов. |
Найденные значения соответствующих равновесных констант обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха для случая учета единой сорбционной емкости всего сорбента в целом, составляют : Г∞= 0,618 ммоль/г, K = 1,96, n = 1,33. С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха (12) для этой системы имеет следующий вид:
(25)
5.4. Система «Co2+ - «КАУ- Вермикулит»»
К описанию равновесия в системе «Co2+ - КАУ-вермикулит» также целесообразно применение обобщенной изотермы Ленгмюра-Фрейндлиха (рис. 21, 22) также для двух вариантов. Значения соответствующих равновесных констант обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов (рис. 21), равны соответственно:
Г∞ (КАУ) = 0,107 ммоль/г; Г∞(вермикулит) = 2,23 ммоль/г.
Рис. 21. Диаграмма сорбции в системе «Co2+ - КАУ- вермикулит» в рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов. |
|||
Рис. Рис.22. Диаграмма сорбции в системе «Co2+ - КАУ- Вермикулит» рамках обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха в случае аддитивной (по масс.%) схемы расчета с сохранением индивидуальных параметров сорбентов. |
Найденные значения соответствующих равновесных констант обобщенной модели Ленгмюра-Фрейндлиха для случая учета единой сорбционной емкости всего сорбента в целом, составляют : Г∞= 0,886 ммоль/г, K = 1,73 , n = 0,0981. С учетом найденных констант обобщенное уравнение Ленгмюра-Фрейндлиха (12) для этой системы имеет следующий вид:
(26)
ВЫВОДЫ
1.Формирование адсорбционных слоёв для систем «Cu2+ (Co2+ )- вермикулит и клиноптилолит» происходит с формированием преимущественно мономолекулярных слоёв и описывается изотермой адсорбции Ленгмюра.
2. Достижение предельной адсорбционной емкости для систем «Cu2+ (Co2+ )- КАУ и БАУ-А» достигается раньше установления межфазного распределения ионов металла между объемом раствора и адсорбента.
3. Добавление указанных углей к вермикулиту и клиноптилолиту приводит к формированию смешанных слоев «адсорбент-адсорбат», что удачно описывается изотермой адсорбции Ленгмюра-Фрейндлиха.
4. Формирование композиционных угле-минеральных адсорбентов на основе изученных компонентов отвечает формированию композиционного адсорбента, активность которого в отношении ионов Cu2+ и Co2+ отличается от таковой для отдельных составляющих адсорбента.
Литература:
1. Путилина В.С., Галицкая И.В., Юганова Т.И.Адсорбция тяжелых металлов почвами и горными породами. характеристики сорбента, условия, параметры и механизмы адсорбции// Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы.-2009, № 90, С.1-155
2.Кирейчева Л.В., Московкина Л.И.Мелиорация почв, загрязненных мышьяком// Плодородие.-2011, №4, с. 51-52
3.Бурков В.Д., Крапивин В.Ф., Солдатов В.Ю., Шалаев В.С. Нанотехнологии и проблемы экологического мониторинга//Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник-2011, № 3, С.1727-3749
4.Тихойкина И.М. Экологическая эффективность применения природных цеолитов в городском фитодизайне // Вестник ОрелГИЭТ-2009, №3.-С.100-103
5.Сухотина Е.А., Бузаева М.В., Халиуллин Ф.Ф., Худяков А.В., Тигин В.П., Клевайчук Н.И., Климов Е.С.Повышение экологической чистоты продуктов земледелия с использованием цеолитовой смеси //Естественные и технические науки, 2010, №6.-С.620-621
6. Васильев В.П. Аналитическая химия : в 2 кн. / В.П. Васильев. – М. : Дрофа, 2004. – Кн.1.: Титриметрические и гравиметрические методы анализа. – 368 с. ; Кн.2. Физико-химические методы анализа. – 384 с.
7. Карнаухов А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материаловНовосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1999. - 470 с.
20