II Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

АДСОРБЦИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА АЛЮМОСИЛИКАТАХ И ИХ КОМПОЗИТАХ
Багмат Д.А.
Автор работы награжден дипломом победителя первой степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


 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:

  1. высокая селективность;

  2. повышенное сродство к полярным адсорбатам благодаря ярко выраженному гетероионному характеру внутренней поверхности;

  3. 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

  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. 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