Исследование сорбции ионов хрома (III) шерстяным волокном

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ивановский государственный химико-технологический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ ХРОМА (III) ШЕРСТЯНЫМ ВОЛОКНОМ

Дымова Татьяна Андреевна

магистрант

Аннотация

Представлены результаты исследования процесса сорбции ионов Cr(III) шерстяным волокном. Время достижения сорбционного равновесия в системе «водный раствор соли хрома - шерстяное волокно» составило 105 мин. Изотерма сорбции ионов Cr(III) обработана в рамках модели Ленгмюра.

Ключевые слова: ионы хрома, сорбция, шерстяное волокно

Введение

Загрязнение биосферы тяжелыми металлами в результате антропогенной деятельности человека вызывает серьезное беспокойство во всем мире. Металлы способны накапливаться в растениях, водоемах, почве, а затем с продуктами питания и питьевой водой поступать в организм человека.

Увеличивающиеся масштабы производства и повышение требований к качеству воды диктуют поиск все более эффективных способов удаления загрязнений из природных и сточных вод, возврата очищенных стоков для повторного использования. Среди методов, успешно применяющихся для решения этой задачи, сорбционная очистка является одним из наиболее эффективных. К преимуществам сорбционного метода относятся: возможность удаления загрязнений чрезвычайно широкой природы практически до любой остаточной концентрации независимо от их химической устойчивости, отсутствие вторичных загрязнений и управляемость процессом. сорбент очистка ион металл

Сорбция позволяет добиться глубокой очистки воды до норм ПДК вредных веществ в воде промышленного, оборотного, санитарно-бытового и рыбохозяйственного назначения с одновременной утилизацией или регенерацией извлеченных компонентов [1].

В связи с этим актуальна задача разработки сорбентов, способных эффективно извлекать ионы тяжелых металлов из водных сред. С целью создания ресурсосберегающих технологических процессов большой интерес представляет разработка сорбентов на основе доступных и экологически чистых побочных продуктов или отходов сельского хозяйства, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности.

Целью настоящей работы является разработка сорбента с улучшенными сорбционными свойствами для очистки водных растворов от ионов тяжелых металлов, а также установление закономерностей протекания процесса сорбции с участием данного сорбента.

Экспериментальная часть. Кинетику сорбции ионов хрома исследуют в статических условиях при перемешивании методом ограниченного объема раствора [2]. Для получения кинетических кривых в серию пробирок помещают навески сорбента массой по 0,10 г, заливают их 10 см³ водного раствора хлорида металла. Начальная концентрация ионов хрома составляла 5,0?10^-4 моль/л. Через определенные промежутки времени раствор отделяют от сорбента фильтрованием и определяют в нем текущую концентрацию ионов металлов (С_t) методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборах 210VGP.

Сорбционную емкость сорбента в каждый конкретный момент времени t рассчитывают по формуле (1):

, (1)

где С_sorb.- сорбционная емкость, ммоль/г; С₀ - начальная концентрация ионов металла, моль/л; С - концентрация ионов металла в момент времени, моль/л; m - масса навески сорбента, г; V - объем раствора, л.
Для исследования влияния концентрации металла в растворе на равновесие в ионообменной системе снимают изотермы сорбции. Для получения изотерм процесс сорбции проводят следующим образом: в серию пробирок помещают навески сорбента массой по 0,10 г и заливают их 10 мл водного раствора хлорида металла с концентрациями металла в интервале 5,010^-4 - 810^-2 моль/л и выдерживают при перемешивании до установления состояния равновесия (время достижения сорбционного равновесия определяют при исследовании кинетики сорбции). Затем раствор отделяют от сорбента фильтрованием и определяют в нем равновесную концентрацию ионов металла (С_е) методом атомно-абсорбционной спектроскопии. В условиях установившегося равновесия в системе определяют равновесную концентрацию ионов металла в растворе (С_е) и рассчитывают равновесную сорбционную емкость:

, (2)

где С_sorb.,e - равновесная сорбционная емкость, мг/г; С_е - равновесная концентрация ионов металла, моль/л.

Степень извлечения a определяют следующим образом:

(3)

Коэффициент распределения K_D рассчитывают как отношение концентрации ионов металла в фазе полимера (С_sorb.) к его содержанию в растворе:

(4)

Результаты и их обсуждение

Для определения параметров, характеризующих сорбционные свойства шерстяного волокна, была получена кинетическая кривая сорбции ионов Cr(III). Результаты эксперимента на рисунке 1.

Рисунок 1 Кинетическая кривая сорбции ионов хрома из водных растворов шерстяным волокном

Согласно полученным данным шерстяное волокно сравнительно эффективно сорбирует ионы хрома. Среднее время достижения сорбционного равновесия в гетерогенной системе водный раствор сульфата металла - сорбент составляет 105 мин.

Для определения предельной сорбционной емкости шерстяного волокна была получена изотерма сорбции ионов Cr(III) из водных растворов хлоридов. Результаты эксперимента представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 Изотерма сорбции ионов хрома сорбентом из шерстяного волокна

Полученные экспериментальные данные описаны уравнением изотермы адсорбции Ленгмюра:

где А_R - предельная или максимальная сорбционная емкость полимера по данному металлу, моль/кг; К - концентрационная константа сорбционного равновесия, характеризующая интенсивность процесса сорбции, л/моль; С_е - равновесная концентрация сорбата, моль/л [3].

Линеаризация изотермы сорбции по уравнению (5) позволяет графически определить в уравнении Ленгмюра величины А и К из опытных данных по распределению исследуемого сорбата в гетерофазной системе водный раствор - сорбент шерстяное волокно.

Результаты обработки изотермы сорбции ионов Cr (III) шерстяным волокном по модели Ленгмюра представлены на рисунке 3 и в таблице 1.

Рисунок 3 Обработка изотермы сорбции ионов хрома по модели Ленгмюра

Таблица 1

Параметры обработки изотермы сорбции по модели Ленгмюра методом наименьших квадратов

Таким образом, как видно из рис. 3 в координатах С_е/А - С_е наблюдается линейная зависимость с коэффициентом корреляции (R) 0,99. Это говорит о том, что экспериментальные данные по сорбции ионов хрома на волокнах шерсти хорошо аппроксимируются уравнением Ленгмюра, а из значений величин предельной сорбции (А₈) (табл. 1,), полученных в ходе обработки изотерм сорбции с использованием этого уравнения следует, что данный сорбент обладает сравнительно невысокой связывающей способности по отношению к ионам хрома.

Выводы. Исследованы сорбционные свойства сорбента - шерстяного волокна по отношению к ионам хрома.

Экспериментальная изотерма сорбции Сr³⁺ обработана в рамках модели сорбции Ленгмюра. Показано, что данная модель позволяет достаточно хорошо, с коэффициентом корреляции 0,99, описать процесс сорбции в линейной форме уравнения. Установлено, что предельная сорбция А₈, полученная с использованием модели Ленгмюра, согласуется с опытными данными.

Библиографический список

1. Никифорова, Т.Е. Особенности сорбции ионов тяжелых металлов белковым сорбентом из водных сред / Т.Е. Никифорова, В.А. Козлов, М.В. Родионова // Журн. Прикл. Химии. 2010. Т. 83, Вып. 7. С. 1073-1078.

2. Кокотков Ю.А., Пасечник В.А. Равновесие и кинетика ионного бомена. Л.: Химия, 1970. 336 с.

3. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1989. 464 с.

Размещено на Allbest.ru